tugas akhir ressi dyah adriani - 15010071

ANALISIS STABILITAS LERENG SUNGAI MULKI, TEMBAGAPURA

DENGAN ALTERNATIF PERKUATAN

TUGAS AKHIR

Karya tulis sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar sarjana dari

Institut Teknologi Bandung

Oleh

RESSI DYAH ADRIANI

NIM : 15010071

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2014

ii

ABSTRAK



Oleh

Ressi Dyah Adriani

NIM : 15010071

(Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil)

Tugas akhir ini berisi tentang kelongsoran lereng dan penanggulangannya pada lereng

alami di tepi Sungai Mulki, Tembagapura. Lereng ini merupakan lereng yang

terbentuk secara alami yang mengalami kelongsoran akibat beban kendaraan berat

yang melintas di jalan di atas lereng tersebut.

Tugas akhir ini meliputi back calculation analysis dari parameter kuat geser tanah,

analisis kestabilan lereng asli, analisis kestabilan lereng dengan perkuatan serta

pemilihan metode alternatif perkuatan dengan menggunakan Soil Nailing dan Gabion

Reinforced Soil Structure.

Analisis kestabilan lereng dilakukan menggunakan software finite element Plaxis,

dengan menggunakan model tanah elastis plastis dan kriteria keruntuhan Mohr-

Coulomb. Analisis kestabilan lereng dengan perkuatan dilakukan dengan meninjau

kestabilan eksternal dan internal dari masing-masing perkuatan pada kondisi

pembebanan statik maupun seismik. Analisis menunjukkan bahwa dengan

menggunakan Soil Nailing sebanyak 16 buah dengan diameter 43 mm dan panjang 18

meter, faktor keamanan minimum lereng meningkat menjadi sebesar 2. Gabion

Reinforced Soil Structure dengan panjang penanaman 19 meter dan menggunakan

gabion double box dapat meningkatkan faktor keamanan minimum lereng menjadi

1.92. Alternatif perkuatan yang dipilih merupakan perkuatan yang efektif dan

ekonomis, sehingga perkuatan yang dipilih adalah Gabion Reinforced Soil Structure.

Kata kunci : Soil Nailing, Gabion, Gabion Reinforced Soil Structure, stabilitas

internal, stabilitas eksternal, PLAXIS 2D.

iii

ABSTRACT

STABILITY ANALYSIS OF SLOPE WITH REINFORCEMENT AT MULKI

RIVER, TEMBAGAPURA

By

Ressi Dyah Adriani

NIM : 15010071

(Faculty of Civil and Environmental Engineering, Department of Civil

Engineering)

This final project presents slope failure and selected solution of a natural slope at

Mulki riverside, Tembagapura. This slope is a natural slope that failed because of the

weight of heavy vehicle that passing the road above the slope.

This final project covers back calculation analysis of strength parameters, slope

stability analysis of the real slope, stability analysis of slope with reinforcement, and

selecting the appropriate reinforcement, using Soil Nailing and Gabion Reinforced

Soil Structures.

The slope stability analysys were performed by utilizing Plaxis 2D, finite element

software. The elastic-plastic constitutive model and the Mohr-Coulomb failure

criteria chosen to model soils. The stability analysis for reinforced slope is

considering the internal and external stability for each of reinforcement with static

and seismic condition. The analysis indicated that the Soil Nailing reinforcement

increase the minimum factor of safety of the slope become 2, as well as the Gabion

Reinforced Soil Structure increase the minimum factor of safety become 1.92. The

selected reinforcement must appropriate economically and effectively, so the chosen

reinforcement is Gabion Reinforced Soil Structure.

Keyword : Soil Nailing, Gabion, Gabion Reinforced Soil Structure, internal stability,

externa stabilityl, PLAXIS 2D.

iv



TUGAS AKHIR

Oleh

Pas Foto

2 x 3 cm

RESSI DYAH ADRIANI

NIM : 15010071

Program Studi Teknik Sipil

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan

Institut Teknologi Bandung

Menyetujui

Pembimbing Tugas Akhir,

Tanggal .................................

Hasbullah Nawir, ST, MT, Ph.D

NIP. 197003171997021001

Mengetahui,

KK Rekayasa Geoteknik

Koordinator Tugas Akhir

Ir. Endra Susila, MT, Ph.D

NIP. 197102211997021001

Program Studi Teknik Sipil

Ketua,

Ir. Made Suarjana, M.Sc, Ph.D

NIP. 196111231987031001

v

PEDOMAN PENGGUNAAN TUGAS AKHIR

Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut

Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada

pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi

Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau

peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan

kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh Tugas Akhir haruslah seizin

Dekan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung.

vi

Tugas Akhir ini didedikasikan kepada :

Iwan Darmawan, SH dan Ratna Eka Kushandayani,

kedua orangtua tercinta

vii

Terima Kasih Untuk :

Allah SWT atas segala petunjuk dan bimbingan-Nya, semua diijinkan-Nya

berjalan dengan sangat lancar.

Kedua orangtua yang selama ini selalu sabar, memberi dukungan dan

senantiasa memberikan doanya

Eyang Putri, yang selama ini selalu memberikan dorongan, dukungan, serta

doa yang tiada putus.

Bapak Hasbullah Nawir, Bapak Erza Rismantojo, dan Bapak Dedi Apriadi,

yang telah membimbing dan menguji tugas akhir saya.

Teman satu bimbingan sekaligus teman diskusi, Eka Olivia Maulani, juga

teman-teman KK Geoteknik 2010.

Pihak-pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Semoga karya ini bermanfaat bagi bangsa dan negara.

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Allah SWT karena ijin-Nya lah penulis dapat menyelesaikan

laporan Tugas Akhir. Laporan Tugas Akhir ini merupakan syarat kelulusan tahap

sarjana di Program Studi Teknik Sipil ITB.

Ucapan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan bantuan selama

penyusunan Tugas Akhir.

Ucapan terima kasih ditujukan kepada:

1. Hasbullah nawir, ST,MT, Ph.D. selaku dosen pembimbing yang telah

memberikan pembelajaran yang sangat berharga.

2. Ir. Erza Rismantojo, Ph.D. dan Ir. Dedi Apriadi, MT. Ph.D. selaku dosen penguji

seminar dan sidang Tugas Akhir.

3. Seluruh staff dosen dan pegawai tata usaha Program Studi Teknik Sipil.

4. Kedua orang tua serta keluarga besar penulis atas dukungan dan doanya.

5. Alwie Ferdiannur Saputra, atas dukungan, dorongan, doa, serta kesabaran sebagai

pendengar dari keluh kesah penulis hingga Tugas Akhir ini selesai.

6. Teman sebimbingan, Eka Olivia Maulani, Agatsi Wulansatya, serta Kanti

Haskarini yang selalu mendukung dan menyemangati sehingga Tugas Akhir ini

dapat selesai.

7. KK Rekayasa Geoteknik 2010 serta Asisten Praktikum Mekanika Tanah 2013,

sebagai teman diskusi dalam mengerjakan tugas akhir ini.

8. Badan Pengurus HMS ITB 2013 dan BSO Cremona 2013, yang telah

memberikan pengalaman berharga dalam keorganisasian penulis.

9. Sipil ITB 2010 K-02, tanpa kalian penulis bukan apa-apa.

10. Kuya Nyasar, yang selalu menjadi penyemarak di sepinya liburan

11. Geminten, teman dari masa TPB, atas dukungannya dan ceritanya selama 4

tahun.

12. Teman-teman lainnya, senior serta junior yang tidak bisa disebutkan satu per

satu.

ix

Sebagai penutup, penulis merasa laporan Tugas Akhir ini mungkin memiliki

kekurangan dalam penulisan maupun dalam materi yang disampaikan, namun penulis

berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi yang membutuhkan kelak. Penulis

menerima segala saran dan kritik sebagai masukan untuk menjadi lebih baik.

Bandung, Juli 2014

Penulis

x

DAFTAR ISI

ABSTRAK .............................................................................................................. ii

ABSTRACT ............................................................................................................ iii

KATA PENGANTAR ............................................................................................... viii

DAFTAR ISI .............................................................................................................. x

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ....................................................................................................... xiv

BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................................. 1

I.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1

I.2 Tujuan ................................................................................................................... 2

I.3 Ruang Lingkup...................................................................................................... 3

I.4 Metodologi Penelitian ........................................................................................... 3

I.5 Sistematika Penulisan ........................................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................... 5

II.1 Lereng .................................................................................................................. 5

II.2 Teori Kelongsoran dan Stabilitas Lereng ............................................................ 5

II.2.1 Faktor Penyebab Keruntuhan Lereng ........................................................... 5

II.2.2 Jenis-Jenis Keruntuhan Lereng ..................................................................... 7

II.3 Analisis Stabilitas Lereng .................................................................................... 9

II.3.1 Dasar Analisis Stabilitas Lereng ................................................................... 9

II.3.2 Angka Keamanan ........................................................................................ 11

II.3.3 Analisis Stabilitas Lereng ........................................................................... 13

II.3.4 Analisis Stabilitas Lereng Terhadap Efek Beban Seismik ......................... 14

II.4 Metode Stabilitas Lereng ................................................................................... 19

II.4.1 Gabion ......................................................................................................... 20

II.4.2 Soil nailing .................................................................................................. 26

II.5 Program PLAXIS .............................................................................................. 33

II.5.1 Analisis Stabilitas dengan Metode Elemen Hingga .................................... 35

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................................... 36

III.1 Umum ............................................................................................................... 36

III.2 Pengumpulan Data ........................................................................................... 37

xi

III.2.1 Penentuan Data Tanah dengan Back Calculation ...................................... 37

III.3 Analisis Stabilitas Lereng Asli ......................................................................... 38

III.4 Analisis Desain Perkuatan Lereng ................................................................... 38

III.5 Pemilihan Jenis Perkuatan Lereng ................................................................... 39

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN................................................... 40

IV.1 Back Calculation Analysis Program Plaxis 8.2 ............................................... 40

IV.1.1 Penentuan Parameter Tanah ...................................................................... 41

IV.1.2 Pembebanan............................................................................................... 44

IV.1.3 Pemodelan pada program PLAXIS ........................................................... 45

IV.2 Analisis Stabilitas Lereng tanpa Perkuatan ...................................................... 48

BAB V PERENCANAAN DAN ANALISIS STABILITAS PERKUATAN

LERENG ....................................................................................................... 51

V.1 Alternatif Perkuatan Lereng .............................................................................. 51

V.2 Perencanaan Perkuatan Lereng ......................................................................... 51

V.2.1 Perencanaan Perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure ....................... 51

V.2.2 Analisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Gabion Reinforced Soil

Structure .................................................................................................... 53

V.2.3 Perencanaan Perkuatan Soil Nailing .......................................................... 74

V.2.4 Analisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Soil Nailing .......................... 76

V.2.5 Pemilihan Alternatif Perkuatan Lereng ...................................................... 84

BAB IV SIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 86

VI.1 Simpulan .......................................................................................................... 86

VI.2 Saran................................................................................................................. 86

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 88

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Ilustrasi Keruntuhan Fall........................................................................ 7

Gambar II.2 Ilustrasi Keruntuhan Topple ................................................................... 8

Gambar II.3 Ilustrasi Keruntuhan Slide ...................................................................... 8

Gambar II.4 (a) Rotational Slide, dan (b) Transitional Slide ...................................... 8

Gambar II.5 Ilustrasi Keruntuhan Spread ................................................................... 9

Gambar II.6 Ilustrasi Keruntuhan Flow ...................................................................... 9

Gambar II.8 Irisan Pada Bidang Runtuh ................................................................... 13

Gambar II.9 Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Irisan ................................................... 14

Gambar II.10 Peta Wilayah Gempa Indonesia Berdasarkan Parameter PGA .......... 15

Gambar II.11 Gabion Box (Double Twisted Wire Mesh) ........................................ 21

Gambar II.12 Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Gabion .............................................. 21

Gambar II.13 Gabion Reinforced Soil Structure ...................................................... 24

Gambar II.14 Potongan Melintang Dinding Soil nailing .......................................... 26

Gambar II.15 Ilustrasi Kegagalan Cabut / Pullout Failure ....................................... 29

Gambar II.16 Ilustrasi Geometri Panjang Penanaman .............................................. 29

Gambar II.17 Ilustrasi Tensile Strength Failure (Breakage) ..................................... 31

Gambar II.18 Stabilitas terhadap Geser pada Soil Nailing ....................................... 32

Gambar II.19 Hasil dari Pengujian Triaksial Terdrainase Standar (a) dan Model

Elastik-Plastk ...................................................................................... 34

Gambar III.1 Diagram Alir Prosedur Analisis .......................................................... 36

Gambar IV.1 Final Cross Section setelah Kelongsoran ........................................... 40

Gambar IV.2 Pola Kelongsoran Lereng Sungai Mulki ............................................ 41

Gambar IV.3 Kendaraan Berat yang melalui Jalan Lereng Sungai Mulki .............. 44

Gambar IV.4 Dimensi Truk Terberat yang Melintas ............................................... 44

Gambar IV.5 Pemodelan Lereng pada program PLAXIS 8.2 ................................. 45

Gambar IV.6 Pemodelan Pembebanan pada PLAXIS 8.2 ....................................... 46

Gambar IV.7 Kondisi Muka Air Tanah pada Program PLAXIS 8.2 ....................... 46

Gambar IV.8 Hasil Akhir Analisis Stabilitas Lereng (c = 19 kPa , = 32); (a)

Bidang Keruntuhan Lereng, (b) Arah Pergerakan Tanah ................... 48

Gambar IV.9 Pemodelan Lereng setelah terjadi Kelongsoran ................................. 49

Gambar IV.10 Pemodelan (a) Pembebanan dan (b) Muka Air Tanah ....................... 49

xiii

Gambar IV.11 Bidang Keruntuhan Lereng Sungai Mulki setelah Kelongsoran ....... 50

Gambar V.1 Spesifikasi Ukuran Gabion yang Digunakan......................................... 52

Gambar V.2 Dimensi dari Opening pada Wire Mesh Gabion ................................... 52

Gambar V.3 Sketsa Perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure ............................. 53

Gambar V.4 Tekanan Tanah Lateral .......................................................................... 54

Gambar V.5 Bidang Keruntuhan saat Beban Statik Bekerja pada Jangka Panjang,

SF = 1.82 ............................................................................................ 58

Gambar V.4 Tekanan Tanah Lateral pada Dinding ................................................... 65

Gambar V.5 Penjelasan Parameter pada Rumus Mononobe-Okabe ......................... 66

Gambar V.6 Bidang Keruntuhan saat Beban Statik dan Seismik Bekerja,

SF = 1.11 ............................................................................................ 69

Gambar V.7 Sketsa Perkuatan Soil Nailing Pada Lereng Sungai Mulki ................... 75

Gambar V.8 Bidang Runtuh yang Terjadi Saat Pembebanan Statik

Jangka Panjang ................................................................................... 77

Gambar V.9 Stabilitas terhadap Geser pada Soil Nailing ........................................ 77

Gambar V.10 Bidang Kritis pada Pembebanan Seismik dan Statik, SF =1.1 ............ 81

Gambar V.11 Stabilitas terhadap Geser pada Soil Nailing ........................................ 81

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Jenis-jenis Tanah/Situs Berdasarkan SNI 1726-2012 ................................ 16

Tabel II.2 Koefisien Situs ........................................................................................... 17

Tabel II.3 Faktor Keamanan Minimum Stabilitas Lereng terhadap Beban Seismik .. 18

Tabel II.4 Klasifikasi Struktur Perkuatan Tanah ....................................................... 20

Tabel II.5 Ketentuan Mengenai Material Granular Perkuatab untuk MSE Wall ....... 25

Tabel II.6 Kriteria Angka Keamanan Reinforced Soil Structure................................ 25

Tabel 2.7 Properti Baja Ulir [ASTM A615, Fy = 420 dan 525 MPa (60 dan 75 ksi)]

............................................................................................................ 27

Tabel II.8 Nilai Ultimate Bond Resistance pada Tanah Kohesif ................................ 30

Tabel II.9 Nilai Ultimate Bond Resistance pada Tanah Non-Kohesif ....................... 30

Tabel IV.1 Korelasi Jenis Tanah dengan Berat Volume ............................................. 41

Tabel IV.2 Korelasi Jenis Tanah dengan Modulus Elastisitas .................................... 42

Tabel IV.3 Korelasi Jenis Tanah dengan Poisson Ratio ............................................. 42

Tabel IV.4 Korelasi Jenis Tanah dengan Sudut Geser................................................ 43

Tabel IV.5 Korelasi Jenis Tanah denga Kohesi .......................................................... 43

Tabel IV.6 Hasil Proses Back Calculation Analysis ................................................... 47

Tabel IV.7 Parameter hasil back calculation analysis................................................. 48

Tabel V.1 Hasil Perhitungan Berat Gabion ................................................................. 56

Tabel V.2 Hasil Perhitungan Berat Tanah yang Diperkuat ......................................... 57

Tabel V.3 Hasil Perhitungan Angka Keamanan Kegagalan Tarik.............................. 61

Tabel V.4 Hasil Pemeriksaan Kapasitas Cabut ........................................................... 63

Tabel V.5 Hasil Perhitungan Berat Gabion ................................................................. 67

Tabel V.6 Hasil Perhitungan Berat Tanah yang Diperkuat ......................................... 68

Tabel V.7 Hasil Perhitungan Angka Keamanan Kegagalan Tarik.............................. 72

Tabel V.8 Hasil Pemeriksaan Kapasitas Cabut ........................................................... 74

Tabel V.9 Parameter Perkuatan Soil Nailing .............................................................. 76

Tabel V.10 Hasil Perhitungan Angka Keamanan Kegagalan Tarik Soil Nailing Beban

Statik ................................................................................................... 79

Tabel V.11 Hasil Pemeriksaan Kapasitas Cabut Soil Nailing Beban Statik ............... 80

Tabel V.12 Hasil Perhitungan Angka Keamanan Kegagalan Tarik Soil NailingBeban

Gempa ................................................................................................ 82

xv

Tabel V.13 Hasil Pemeriksaan Kapasitas Cabut Soil NailingBeban Gempa .............. 84

Tabel V.14 Hasil Analisis Stabilitas Alternatif Perkuatan .......................................... 84

1

BAB 1

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Lereng merupakan sebuah permukaan tanah yang terbuka dan berdiri membentuk

sudut tertentu terhadap sumbu horizontal akibat adanya perbedaan elevasi pada suatu

dataran. Berdasarkan proses terbentuknya, lereng dapat terjadi secara alamiah maupun

buatan. Lereng alamiah merupakan lereng yang terbentuk akibat proses alam tanpa

campur tangan manusia. Lereng buatan adalah lereng yang dibentuk oleh manusia,

misalnya lereng yang terbentuk akibat sebuah galian atau timbunan.

Perbedaan elevasi pada permukaan tanah, seperti yang terjadi pada lereng dapat

mengakibatkan pergerakan massa tanah dari bidang dengan elevasi yang tinggi

menuju bidang dengan elevasi yang lebih rendah yang diakibatkan oleh gravitasi yang

mengakibatkan ketidakstabilan pada tanah. Ketidakstabilan tanah tersebut juga dapat

dipengaruhi oleh intensitas hujan yang tinggi, perubahan geometri (bertambahnya

kecuraman lereng akibat longsor), tambahan beban eksternal, kenaikan muka air

tanah, bahkan gempa. Ketidakstabilan pada tanah dapat menyebabkan keruntuhan

akibat meningkatnya tegangan geser tanah serta berkurangnya kuat geser tanah untuk

menahan gaya yang termobilisasi oleh faktor-faktor tersebut.

Adapun untuk mendapatkan solusi yang optimal dari permasalahan tersebut,

dibutuhkan analisis yang handal untuk menentukan perbaikan dan atau perkuatan

yang sesuai dengan kondisi asli tanah pada lereng tersebut. Berbagai macam

pengujian tanah dan alternatif metode stabilisasi dengan perkuatan yang berhubungan

dengan stabilitas lereng sangat diperlukan.

Hingga saat ini, metode untuk menganalisis stabilitas lereng telah banyak

berkembang. Pada umumnya, sebagai dasar analisis stabilitas lereng digunakan

metode keseimbangan batas (limit equilibrium), seperti Ordinary Method of Slice

(Fellenius, 1936), Janbus Simplified (1953), Bishops Simplified (1955), dan Spencer

(1967). Metode-metode tersebut umum digunakan dalam evaluasi analisis stabilitas

2

lereng, namun memiliki beberapa kelemahan, yaitu mengabaikan adanya hubungan

tegangan regangan tanah, asumsi lokasi bidang keruntuhan dan asumsi bahwa

keruntuhan massa tanah dapat dibagi menjadi banyak irisan.

Seiring berkembangnya teknologi, metode elemen hingga menjadi metode yang

sangat berguna dalam analisis stabilitas lereng. Metode elemen hingga dinilai lebih

unggul dan akurat dalam mengevaluasi stabilitas lereng setelah dibandingkan dengan

metode lainnya pada penelitian yang dilakukan oleh beberapa peneliti seperti Griffiths

dan Lane (1999), Erick Malvick (2000), dan Duncan (2002). Perangkat lunak yang

menggunakan metode elemen hingga sebagai dasarnya adalah PLAXIS. Program

PLAXIS tidak mengabaikan hubungan tegangan regangan pada analisis stabilitas

lereng sehingga hasil evaluasi akan lebih akurat. Program PLAXIS juga dapat

menunjukkan deformasi yang terjadi pada lereng ketika runtuh sehingga outputnya

lebih mudah digunakan untuk mendesain perbaikan dan atau perkuatan pada suatu

lereng karena dapet membantu memprediksikan keruntuhan.

Lereng di tepi Sungai Mulki merupakan lereng alami yang memiliki kemiringan 60

serta ketinggian 22.75 m. Di atas lereng tersebut berdiri Terminal Tembagapura yang

melayani kendaraan-kendaraan besar serta jalan yang dilalui oleh kendaraan

pengangkut bahan tambang dari perusahaan pertambangan Freeport. Lereng tersebut

mengalami kelongsoran, sehingga akan berbahaya jika dibiarkan begitu saja. Maka

dari itu, pada tugas akhir ini akan ditentukan alternatif desain perbaikan dan atau

perkuatan yang sesuai dengan kondisi tanah asli pada lereng di tepi Sungai Mulki,

Tembagapura, menggunakan metode elemen hingga pada program komputer PLAXIS

2D 8.2.

I.2 Tujuan

Tujuan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Analisis stabilitas lereng di tepi Sungai Mulki, Tembagapura.

2. Melakukan desain perkuatan dan analisis stabilitas perkuatan lereng di tepi

Sungai Mulki, Tembagapura.

3. Pemilihan desain alternatif perkuatan yang efektif dan ekonomis bagi lereng

Sungai Mulki, Tembagapura.

3

I.3 Ruang Lingkup

Cakupan ruang lingkup yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah :

1. Menentukan kondisi eksisting lapangan pada saat terjadi pergerakan lereng

menggunakan hasil analisis program komputer Plaxis 2D 8.2.

2. Membuat desain alternatif perkuatan lereng yang paling sesuai untuk

mengatasi kelongsoran lereng.

3. Melakukan analisis terhadap kekuatan dan faktor keamanan dari desain

alternatif perkuatan lereng dengan metode elemen hingga menggunakan

bantuan program komputer PLAXIS 2D 8.2.

I.4 Metodologi Penelitian

Metodologi yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini adalah sebagai

berikut:

1. Tinjauan Pustaka, yang meliputi :

a. Konsep umum mengenai stabilitas lereng dan dinding penahan tanah.

b. Konsep metode elemen hingga sebagai konsep dasar program komputer

PLAXIS 2D 8.2.

c. Konsep mengenai pengaruh beban gempa dengan menggunakan analisis

pseudostatik.

2. Tinjauan lapangan, yaitu data yang diperoleh dari laporan penyelidikan tanah

di lapangan.

3. Penggunaan program PLAXIS 2D 8.2 untuk analisis kelongsoran lereng

dengan batasan masalah sebagai berikut :

a. Keruntuhan massa tanah menggunakan model Mohr-Coulomb.

b. Penyederhanaan kondisi lapangan menjadi dua dimensi (plane strain).

4. Melakukan analisis kelongsoran lereng dan stabilitas lereng setelah longsor

dengan program komputer PLAXIS 2D 8.2.

5. Melakukan desain alternatif perkuatan lereng dengan program komputer

PLAXIS 2D 8.2.

4

I.5 Sistematika Penulisan

Laporan tugas akhir ini terdiri dari enam bab dengan rincian sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan

Pada bab ini akan dijelaskan tentang latar belakang, tujuan, ruang lingkup

pembahasan, metodologi dan sistematika pembahasan dari laporan tugas akhir ini.

BAB II : Tinjauan Pustaka

Bab ini menjelaskan tentang teori-teori yang akan digunakan dalam pengerjaan

laporan tugas akhir ini, yaitu meliputi konsep dasar mengenai stabilitas lereng,

perilaku tanah, konsep metode elemen hingga, konsep dasar mengenai berbagai

perkuatan stabilitas lereng, serta pengaruh beban gempa.

BAB III : Metodologi Penelitian

Dalam bab ini akan diuraikan mengenai prosedur analisis selama pengerjaan tugas

akhir ini, asumsi-asumsi yang digunakan pada analisis stabilitas lereng, serta

asumsi pemodelan pada program komputer PLAXIS 2D 8.2.

BAB IV : Analisis Data dan Pembahasan

Berisi pembahasan mengenai kondisi tanah dan cara mendapatkan parameter

kekuatan tanah pada lokasi kelongsoran lereng di tepi Sungai Mulki,

Tembagapura serta hasil analisa stabilitas lereng setelah longsor tanpa perkuatan

menggunakan PLAXIS 2D 8.2.

BAB V : Perencanaan dan Analisis Stabilitas Perkuatan Lereng

Berisi perancanaan alternatif perkuatan lereng, analisis stabilitas alternatif

perkuatan lereng dengan menggunakan metode elemen hingga pada program

komputer PLAXIS 2D 8.2 serta penentuan desain perkuatan yang sesuai dengan

kondisi tanah di lereng tepi sungai Mulki.

BAB VI : Kesimpulan dan Saran

Berisi kesimpulan dari uraian bab-bab sebelumnya dan saran yang diperlukan

untuk menyempurnakan penelitian yang telah dilakukan pada tugas akhir ini.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Lereng

Lereng merupakan sebuah permukaan tanah terbuka, yang berdiri membentuk sudut

terhadap sumbu horizontal, dapat pula dikatakan sebagai permukaan tanah yang

memiliki elevasi yang berbeda dan membentuk sudut. Menurut proses terbentuknya,

lereng dibagi menjadi lereng alamiah dan buatan. Lereng alamiah terjadi secara alami

tanpa campur tangan manusia, sedangkan lereng buatan dapat terbentuk akibat adanya

sebuah penggalian atau timbunan.

II.2 Teori Kelongsoran dan Stabilitas Lereng

Perbedaan elevasi pada permukaan tanah, seperti yang terjadi pada lereng dapat

mengakibatkan pergerakan massa tanah dari bidang dengan elevasi yang tinggi

menuju bidang dengan elevasi yang lebih rendah yang diakibatkan oleh gravitasi, air,

maupun gaya gempa yang mengakibatkan ketidakstabilan pada tanah. Pergerakan

tanah tersebut akan menghasilkan tegangan geser yang berfungsi sebagai gaya

penahan. Apabila berat massa tanah yang bekerja sebagai pendorong lebih besar

daripada tegangan geser yang menahan pergerakan, maka akan terjadi keruntuhan

atau kelongsoran.

II.2.1 Faktor Penyebab Keruntuhan Lereng

Penyebab utama terjadinya keruntuhan lereng adalah meningkatnya tegangan geser,

menurunnya kuat geser pada bidang longsor, atau kedunya secara simultan.

Faktor-faktor yang menyebabkan peningkatan tegangan geser pada lereng dapat

dijabarkan sebagai berikut :

1. Berkurangnya daya dukung lereng, yang disebabkan oleh :

a. Erosi

b. Pergerakan alami dari lereng akibat pergeseran bidang longsor maupun

akibat penurunan

6

c. Aktifitas manusia, antara lain eksploitasi dasar lereng yang dapat

mempertajam sudut kemiringan lereng, dan penggundulan tanaman pada

muka lereng.

2. Penambahan beban pada lereng, yang disebabkan oleh :

a. Kondisi alam, misalnya peningkatan berat volume tanah akibat pengaruh

air hujan atau akumulasi sedimen di atas lereng

b. Aktivitas manusia, seperti eksploitasi tanah di atas lereng, pembangunan

gedung atau jalan dan sejenisnya di atas lereng.

3. Pemindahan material pada dasar lereng, yang disebabkan oleh :

a. Aliran sungai ataupun gelombang laut

b. Piping

c. Penambangan dan penggalian di dasar lereng

4. Terjadinya tekanan tanah lateral, yang disebabkan oleh :

a. Retakan-retakan tanah

b. Beban yang bekerja di sekitar muka lereng

c. Ekspansi tanah lempung

Faktor-faktor yang menyebabkan berkurangnya kuat geser pada lereng :

1. Penyerapan air

2. Kenaikan tekanan air pori

3. Perubahan yang disebabkan oleh iklim dan phisiokimia :

a. Pengaruh pembekuan dan pencairan

b. Hilangnya sementasi material

c. Hidrasi

II.2.1.1 Pengaruh Kondisi Air Tanah terhadap Kestabilan Lereng

Air tanah adalah faktor yang sangat mempengaruhi dalam analisis stabilitas lereng,

karena :

1. Mengurangi kekuatan tanah

2. Merubah kandungan mineral karena adanya reaksi kimia

3. Merubah berat isi tanah

4. Meningkatkan tekanan air pori

5. Menyebabkan erosi

7

II.2.1.2 Pengaruh Gempa Terhadap Kestabilan Lereng

Gempa melepaskan energi yang menyebabkan adanya percepatan gelombang seismik

menuju permukaan tanah. Beban dinamik dari gempa dapat meningkatkan tegangan

geser pada lereng, mengurangi volume pori tanah pada lereng, serta menurunkan kuat

geser tanah. Faktor- faktor lain yang mempengaruhi stabilitas lereng akibat adanya

gempa adalah :

1. Magnitude percepatan seismik

2. Durasi lamanya gempa

3. Karakteristik kekuatan beban dinamik yang diakibatkan oleh guncangan

gempa yang menimbulkan efek terhadap perilaku kuat geser dan perilaku

tegangan-regangan pada material lereng

4. Dimensi lereng

Beban gempa dapat berpengaruh signifikan terhadap tegangan-tegangan dinamik

horizontal dan vertikal pada lereng. Tegangan-tegangan tersebut menghasilkan

tegangan normal dinamik dan tegangan geser sepanjang daerah yang berpotensi

longsor yang dapat melampaui tahanan geser izin tanah. Hal ini yang menyebabkan

lereng menjadi tidak stabil.

II.2.2 Jenis-Jenis Keruntuhan Lereng

Cruden dan Varnes (1996) mengklasifikasikan keruntuhan lereng ke dalam 5 kategori,

yaitu :

1. Fall, biasa terjadi pada lereng berbatu, dan melepaskan fragmen

tanah/batuannya menuruni lereng.

Gambar II.1 Ilustrasi Keruntuhan Fall

(Sumber : Das, 2010)

8

a b

2. Topple, biasa terjadi pada lereng berbatu, merupakan pergerakan rotasi batuan

Gambar II.2 Ilustrasi Keruntuhan Topple


3. Slide (gelincir), pergeseran massa tanah pada bawah lereng yang terjadi secara

dominan pada permukaan runtuh atau terhadap area kecil pada regangan geser.

Pergerakan biasanya bersifat progresif dari daerah keruntuhan lokal. Terdapat

dua jenis kelongsoran gelincir, yaitu rotational slide dan translational slide

seperti yang ditunjukan pada gambar 2.3 Rotational slide memiliki bidang

gelincir berbentuk busur lingkaran, yang pada umumnya berkaitan dengan

kondisi tanah yang homogen. Translational slide memiliki bidang gelincir

berbentuk datar. Kelongsoran ini dipengaruhi oleh adanya kekuatan geser

yang berbeda pada lapisan tanah yang berbatasan. Translational Slide

cenderung terjadi bila lapisan tanah yang berbatasan terletak pada kedalaman

yang relatif dangkal di bawah permukaan lereng.

Gambar II.3 Ilustrasi Keruntuhan Slide


Gambar II.4 (a) Rotational Slide, dan (b) Transitional Slide

4. Spread, bentuk longsornya berupa translasi yang terjadi akibat adanya

pergerakan mendadak dari tanah akibat likuifaksi pada deposit granular atau

9

keruntuhan pada tanah kohesif yang lemah pada lereng (Schuster dan

Fleming,1982). Dengan kata lain, spread terjadi akibat pergerakan tiba-tiba

dari lapisan penahan air pada tanah pasir atau lanau yang ditimpa oleh tanah

lempung atau dibebani oleh timbunan (Cruden dan Varnes, 1996). Biasanya

terjadi pada lereng dangkal.

Gambar II.5 Ilustrasi Keruntuhan Spread


5. Flow, merupakan pergerakan menerus dimana permukaan geser bersifat

sementara dan biasanya tidak mempunyai ketahanan. Distribusi kecepatan

pada massa tanah yang berpindah berubah menjadi aliran. Saat material yang

berpindah kehilangan kekuatan dan terdapat air atau bertemu lereng yang lebih

curam, runtuhan longsoran menjadi aliran runtuhan yang cepat.

Gambar II.6 Ilustrasi Keruntuhan Flow


II.3 Analisis Stabilitas Lereng

II.3.1 Dasar Analisis Stabilitas Lereng

Dalam konsep dasar stabilitas lereng terdapat 3 prinsipal stress, yaitu pada

tanah, jugat terdapat tekanan air pori (u). Perubahan pada tegangan total principal

10

disebabkan adanya perubahan tekanan air pori yang menghasilkan perubahan

tegangan efektif, , dimana

Gambar II.7 (a) Selubung Mohr-Coulomb dan (b) Selubung Kuat Geser

(Sumber : Abramson, et al, 2002)

Kekuatan geser pada tanah dapat terjadi akibat gerak relatif antar butirnya yang

menghasilkan gaya yang bekerja antar butirnya, sehingga dapat disimpulkan bahwa

kekuatan geser terdiri atas 2 komponen, yaitu :

1. Bagian yang bersifat kohesif, tergantung pada jenis tanah dan ikatan butirnya

2. Bagian yang bersifat gesekan, sebanding dengan tegangan efektif yang bekerja

pada bidang geser.

Material lereng mempunyai keenderungan untuk terjadi longsor karena tegangan

geser pada tanah akibat gravitasi dan gangguan lain (aliran air, aktifitas tektonik dan

gempa). Kecenderungan ini ditahan oleh kuat geser material lereng yang dijelaskan

dengan teori Mohr-Coloumb, yaitu

Dimana

= kuat geser total tanah

(a) (b)

(a)

11

c = kohesi tanah

= tegangan total normal

= sudut geser dalam

Pada tegangan efektif dapat ditulis sebagai berikut :

(2)

Dimana

c = kohesi efektif

= sudut geser dalam efektif

= tegangan normal pada bidang geser ( -u)

Dengan cara yang sama, dapat ditulis

(3)

Dimana cd dan merupakan kohesi dan sudut geser dalam yang bekerja sepanjang

bidang runtuh.

II.3.2 Angka Keamanan

Analisis stabilitas lereng meliputi penerapan pengetahuan mengenai kekuatan geser

tanah. Dalam melakukan analisis stabilitas lereng, perlu ditentukan terlebih dahulu

factor of safety (angka keamanan). Secara umum, angka keamanan (Fs) dapat

didefinisikan sebagai perbandingan antara kuat geser tanah dan tegangan geser yang

terjadi pada tanah.

(1)

dimana

Fs = angka keamanan

= kuat geser rata-rata pada tanah

12

= tegangan geser rata-rata yang terjadi sepanjang bidang keruntuhan

Dengan mensubstitusi persamaan 2 dan 3 pada persamaan 1, maka didapatkan :

(4)

Sehingga, angka keamanan menurut kohesi dan friksi dapat didefinisikan sebagai

(5)

dan

(6)

Ketika membandingkan persamaan 5 dan 6, dapat terlihat bahwa ketika menjadi

sebanding dengan , ini menunjukkan angka keamanan berdasarkan kekuatan. Atau

jika

maka bisa ditulis

Ketika bernilai 1, maka lereng berada dalam kondisi kritis (impending failure).

Secara umum, nilai angka keamanan 1,5 berdasarkan kekuatan dapat digunakan untuk

desain kestabilan lereng.

menunjukkan lereng stabil

menunjukkan lereng kritis (kemungkinan tidak stabil)

menunjukkan lereng tidak stabil

13

II.3.3 Analisis Stabilitas Lereng

Analisis stabilitas lereng umumnya didasarkan pada konsep keseimbangan batas

plastis (limit plastic equilibrium). Metoda ini meninjau lereng pada saat akan

mengalami keruntuhan dan mengasumsikan tanah sebagai material rigid-plastis

sehingga tidak ada regangan sampai keruntuhan terjadi. Analisis ini tergantung pada

bentuk bidang runtuh yang dapat diasumsikan sebagai planar failure surface, circular

arch atau logaritmic spiral. Analisis kestabilan lereng berdasarkan metoda

kesetimbangan batas dilakukan dengan cara membagi massa tanah yang menggelincir

menjadi beberapa irisan yang dapat dianggap sebagai suatu blok geser.

Gambar II.8 Irisan Pada Bidang Runtuh


Pada perhitungan selanjutnnya, dalam metode ini dianalisa gaya-gaya yang bekerja

pada setiap irisan. Metoda limit equilibrium menggunakan konsep keseimbangan gaya

dan momen pada setiap irisan tanah.

Adapun gaya-gaya yang diperhitungkan tersebut dapat berupa gaya horizontal

maupun vertikal, termasuk gaya horizontal dan vertikal akibat beban dinamik yang

bekerja pada setiap irisan yang apabila digambarkan dapat dilihat pada gambar

berikut.

14

Gambar II.9 Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Irisan

(Sumber : Das,2010)

II.3.4 Analisis Stabilitas Lereng Terhadap Efek Beban Seismik

Analisis kestabilan lereng terhadap beban gempa perlu dilakukan pada pengerjaan

tugas akhir ini, karena lokasi lereng tinjauan berada pada daerah rawan gempa. Pada

umumnya metode analisis dalam mengevaluasi stabilitas lereng terhadap beban

seismik yang digunakan adalah metode analisis pseudostatik.

Pada metode ini efek beban dinamik yang ditimbulkan gempa digambarkan dengan

percepatan pseudostatik yang menghasilkan gaya inersia, dan yang bekerja pada

pusat massa keruntuhan. Metode ini memiliki beberapa keterbatasan (Najoan, Th. F.,

1991), yaitu :

a. Koefisien seismic diambil dari percepatan gempa maksimum yang bekerja di

permukaan tanah dibagi dengan gravitasi. Tubuh lereng dianggap sebagai

rigid body.

b. Arah gaya gempa dianggap ke arah luar lereng yang meningkatkan gaya

longsor. Sebenarnya gaya gempa yang bekerja bersifat transient (ke luar dan

masuk lereng) sesuai riwayat percepatan gempa.

Magnitude gaya pseudostatik adalah :

dan

15

dimana

= percepatan pseudostatik horizontal, vertikal

= koefisien pseudostatik horizontal, vertikal

W = berat massa tanah

Besarnya percepatan gempa dari suatu daerah dapat dicari melalui peta gempa yang

berada di SNI 1726-2012.

Gambar II.10 Peta Wilayah Gempa Indonesia Berdasarkan Parameter PGA

(Sumber : SNI 1726-2012)

Percepatan yang didapat dari peta gempa tersebut merupakan percepatan yang terjadu

pada batuan dasar. Percepatan yang terjadi di permukaan tanah dapat diketahui

dengan mengamplifikasi nilai percepatan di batuan dasar dengan koefisien situs, FPGA.

Nilai koefisien FPGA didapat dari tabel yang nilainya juga bergantung terhadap

klasifikasi situs tanah berdasarkan lokasi daerah. Jenis profil tanah tersebut harus

ditentukan dari hasil analisis perambatan gelombang gempa dari kedalaman batuan

dasar ke permukaan tanah. Jenis profil tanah di lokasi bangunan yang direncanakan

dapat ditentukan berdasarkan tabel berikut:

16

Tabel II.1 Jenis-jenis Tanah/Situs Berdasarkan SNI 1726-2012

Nilai karakteristik tanah rata-rata yang dimaksud dalam tabel di atas adalah nilai rata-

rata berbobot masing-masing besaran dengan tebal setiap lapisan tanah, ti, sebagai

besaran pembobotnya, yang harus dihitung menurut persamaan-persamaan sebagai

berikut :

dimana : i = lapisan tanah ke-i

Kelas Situs (m/detik) atau ek (kPa)

SA (batuan keras) >1500 N/A N/A

SB (batuan) 750 sampai 1500 N/A N/A

SC (tanah keras,

sangat padat dan

batuan lunak)

350 sampai 750 >50 100

SD (tanah sedang) 175 sampai 350 15 sampai 50 50 sampai 100

< 175 < 15 < 50

SF (tanah khusus, yang

membutuhkan

investigasi geoteknik

spesifik dan analisis

respons spesifik-situs

yang mengikuti 6.10.1)

Setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah satu atau lebih

dari karakteristik berikut:

- Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat beban gempa

seperti mudah likuifaksi , lempung sangat sensitif, tanah

- Lempung sangat organik dan.atau gambut (ketebalan H > 3m)

- Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H > 7,5m

dengan Indeks Plastisitas PI > 75)

Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan ketebalan H >

35m dengan < 50 kPa

3. Kuat geser niralir

SE (tanah lunak)

Atau setiap profil tanah yang mengandung lebih dari 3m tanah

dengan karakteristik sebagai berikut :

1. Indeks plastisitas, PI > 20,

2. Kadar air, w 40%

17

Tabel II.2 Koefisien Situs

(Sumber : SNI 1726-200)

Percepatan yang diamplifikasi dapat dihitung dengan rumus :

Hasil analisis ini sangat tergantung pada besar koefisien gempa, kh dan kv. Material

lereng yang diasumsikan rigid menyebabkan gaya yang disebabkan oleh percepatan

horizontal akan maksimum pada saat percepatan horizontal yang terjadi maksimum.

Namun, pada kenyataannya material lereng bersifat tidak rigid dan percepatan

maksimum hanya terjadi dalam waktu yang singkat. Beberapa nilai kh yang

direkomendasikan :

Terzaghi (1950) : kh = 0.1 (gempa serve)

Rossi-Forel IX : kh = 0.2 (gempa violent distructive)

Rossi-Forel X : kh = 0.5 (gempa catastrophic)

Sheed (1979) : kh = 0.1 0.12 untuk kondisi FS 1 1.5

Pada metode analisis pseudostatik ini, nilai kh dan kv serta percepatan desain (Am)

dicari menggunakan tahap di bawah ini (berdasarkan AASHTO, 1996)

1. Mencari nilai PGAm berdasarkan kelas situs

2. Menghitung nilai percepatan desain dengan rumus

[( ) ]

3. Menghitung nilai kh yang diambil sebesar 0.6Am dan kv yang diambil sebesar

0.5Am

Faktor keamana pada kondisi gempa dapat dihitung sebagai berikut :

atau

18

Tabel II.3 memperlihatkan faktor keamanan terendah berdasarkan parameter kekuatan

geser tanah.

Tabel II.3 Faktor Keamanan Minimum Stabilitas Lereng terhadap Beban Seismik

(Sumber : SKBI-2.3.06,1987)

Risiko Kondisi

Beban

Parameter Kekuatan Geser

Maksimum Residual

Teliti Kurang

Teliti Teliti

Kurang

Teliti

Tinggi

Dengan

Gempa 1.50 1.75 1.35 1.50

Menengah

Dengan

Gempa 1.30 1.60 1.20 1.40

Rendah Dengan

Gempa 1.1 1.25 1 1.10

Angka keamanan untuk resiko tinggi diterapkan jika konsekuensi dari keruntuhan

lereng terhadap manusia cukup besar (terdapat pemukiman), dan atau bangunan

sangat mahal, dan atau sangat penting. Resiko menengah diterapkan bila terdapat

sedikit konsekuensi terhadap manusia namun hanya sedikit. Resiko rendah diterapkan

bila tidak ada konsekuensi terhadap manusia dan terhadap bangunan. (SKBI-2.3.06,

1987)

Kekuatan geser maksimum adalah harga maksimum yang dipakai apabila massa tanah

atau batuan yang potensial longsor tidak mempunyai bidang diskontinuitas

(perlapisan, rekahan, sesar, dam sebagainya) dan belum pernah mengalami gerakan.

Kekuatan residual dipakai apabila massa tanah/batuan yang potensial bergerak

19

memiliki bidang diskontinuitas, dan atau pernah bergerak (walaupun tidak

mempunyai bidang diskontinuitas). (SKBI-2.3.06, 1987)

II.4 Metode Stabilitas Lereng

Peningkatan stabilitas lereng dapat dilakukan melalui dua pendekatan yang biasa

dilakukan dalam penanganan kelongsoran dengan meningkatkan angka keamanan,

yaitu :

1. Memperkecil gaya/momen penggerak

Mengubah bentuk lereng dengan membuat lereng menjadi lebih datar dengan

mengurangi sudut kemiringan dan memperkecil ketinggian lereng.

2. Memperbesar gaya/momen penahan

Menerapkan beberapa metode perkuatan tanah, contohnya dinding penahan

tanah, pile, atau timbunan pada kaki lereng.

Pada tugas akhir ini, metode stabilisasi yang akan dilakukan adalah dengan

memberikan perkuatan tanah pada lereng. Berbagai jenis perkuatan tanah dapat

diaplikasikan pada lereng asalkan sesuai dengan kondisi lereng tersebut. ORourke

dan Jones (1990) mengklasifikasikan struktur perkuatan tanah menjadi dua kategori

besar, yaitu sistem stabilisasi eksternal dan sistem stabilisasi internal.

Sistem stabilisasi eksternal (SSE) merupakan sistem yang memperkuat tanah dengan

menggunakan berat dan kekakuan dari strukturnya sendiri, di dalamnya terdapat dua

jenis perkuatan yaitu gravity walls dan in-situ walls. Sistem stabilisasi internal (SSI)

merupakan sistem yang menguatkan tanah dengan memasukkan elemen-elemen

penahan ke dalam massa tanah yang bertujuan untuk menaikkan perilaku mekanis

tanah. SSI memiliki dua jenis perkuatan yaitu reinforced soil dan in-situ

reinforcement. Jenis-jenis perkuatan dari SSE dan SSI dapat dijabarkan pada skema

berikut :

20

Tabel II.4 Klasifikasi Struktur Perkuatan Tanah

(Diadaptasi dari ORourke dan Jones, 1990)

Metode yang akan digunakan sebagai alternatif perkuatan lereng pada tugas akhir ini

adalah sistem stabilisasi eksternal yaitu Gabion, dan sistem stabilisasi internal yaitu

Soil nailing.

II.4.1 Gabion

Bedasarkan klasifikasi struktur perkuatan tanah yang diadaptasi dari ORourke dan

Jones, Gabion merupakan bagian dari gravity walls, salah satu jenis sistem stabilisasi

eksternal. Oleh karena itu, gabion dapat menahan tekanan tanah lateral dengan

menggunakan berat strukturnya sendiri.

Gabion terbentuk dari suatu box anyaman kawat yang diisi dengan batu. Pada tiap-

tiap gabion box tersusun atas kawat (double twist hexagonal) yang telah diberi lapisan

galvaniz. Setelah gabion disusun, struktur gabion bekerja sebagai satu kesatuan

(secara monolit). Struktur dari gabion fleksible untuk menerima settlement, defleksi

maupun tegangan. Gabion memiliki struktur yang permeable.

Externally Stabilized Systems

In-Situ Walls Sheet pile, Soldier pile, Cast in-situ, Soil cement

Gravity Walls Massive, Cantilever, Counterfort and Buttress, Gabion, Crib, Bin, Cellullar cofferdam

Internally Stabilized Systems

Reinforced Soils Reinforced Earth, Geotextile

In-Situ Reinforcement Soil Nailing, Reticulated micropiles

21

Gambar II.11 Gabion Box (Double Twisted Wire Mesh)

Gaya utama yang bekerja pada dinding gabion adalah gaya vertikal dari berat gabion

dan tekanan tanah lateral yang bekerja di belakang dinding, seperti yang diilustrasikan

pada gambar II.12.

Gambar II.12 Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Gabion

(Sumber : Modular Gabion System Rev. 11/04)

Dalam melakukan perancangan gabion, perlu diketahui lateral earth pressure yang

terjadi pada struktur sehingga struktur gabion dapat diperiksa secara keseluruhan

dalam hal stabilitas, yaitu kemungkinan kegagalan overturning, sliding, dan daya

dukung.

22

Pemeriksaan kestabilan terhadap momen guling gabion, dilakukan dengan

menghitung nilai momen pada dasar struktur. Dengan menggunakan prinsip dasar

mekanika, pengecekan terhadap momen guling dapat ditentukan sebagai berikut

( )

Dengan

= Momen tahanan, berasal dari gaya berat struktur

= Faktor keamanan terhadap momen guling

= Momen guling, tekanan lateral aktif yang mendorong struktur

Tahanan geser di bagian bawah struktur digunakan untuk menahan dorongan dari

tekanan lateral aktif yang dapat menyebabkan struktur mengalami geser dalam

horizontal. Pengecekan terhadap tahanan geser dapat ditentukan sebagai berikut :

( )

Dengan

= Total gaya horizontal gabion

= Faktor keamanan terhadap tahanan geser

= Total tekanan tanah lateral aktif

Penentuan stabilitas terhadap daya dukung tanah dilakukan dengan memeriksa lokasi

resultan gaya vertikal dan distribusi tekanan yang berada di dasar struktur. Persamaan

distribusi tekanan maksimum dan minimum dinyatakan dalam persamaan berikut

(

)

(

)

Dengan B yang dinotasikan sebagai lebar struktur gabion, dan e yang merupakan nilai

eksentrisitas di bawah struktur gabion, yang dapat dihitung dengan cara sebagai

berikut

( )

Persamaan untuk P heel akan berlaku jika nilai e lebih kecil dari B/6. Apabila

sebaliknya maka nilai P heel akan menjadi negative yang menunjukkan terjadinya

23

tegangan tarik pada bagian ujung struktur. Tegangan tarik tersebut dapat diabaikan

karena nilainya pada tanah sangat kecil. Desain harus diganti apabila didapatkan nilai

e yang lebih besar dari B/2.

Kapasitas daya dukung tanah dapat dihitung menggunakan persamaan kapasitas daya

dukung ultimate pada kasus pondasi dangkal, yaitu

Deengan

( )

(

)

(

)

(

)

Nilai tegangan maksimum tidak boleh melebihi kapasitas daya dukung ultimate tanah

sehingga

( )

II.4.1.1. Gabion Reinforced Soil Structure

Struktur gabion dapat di desain sebagai reinforced soil structure untuk meningkatkan

efisiensi dari dinding gabion. Pada reinforce soil structure, perkuatan tersusun atas

double twisted wire mesh yang sama dengan wire mesh pada gabion box. Wire mesh

tersebut ditempatkan di antara susunan box gabion dan diperpanjang hingga

menembus backfill.

24

Gambar II.13 Gabion Reinforced Soil Structure

Reinforcement yang berupa lapisan wire mesh ini akan menahan gaya aktif tanah

dengan kombinasi dari gesekan pada permukaan kawat dan ikatan mekanis antara

kawat dengan tanah. Perencanaan pada perkuatan ini terdiri dari (1) pemeriksaan

kestabilan dari perkuatan yang sama dengan metode yang digunakan pada gravity

wall dengan mengasumsikan gabion dan bagian tanah yang diperkuat bekerja sebagai

satu kesatuan, dan (2) pemeriksaan internal stability, yaitu pemeriksaan tahanan cabut

dan tahanan putus dari reinforcement.

Pada pemeriksaan terhadap guling, geser, dan daya dukung, berat dari tanah pada

daerah yang diperkuat diperhitungkan sebagai berat dari dinding penahan tanah. Sama

seperti pada pemeriksaan gabion gravity wall, dinding direncanakan untuk menahan

gaya yang terjadi akibat bidang runtuh pada tanah seperti yang didefinisikan oleh

Coulomb. Panjang penanaman dari wire mesh harus bisa melewati setidaknya 1 meter

dari bidang keruntuhan, yang nilainya sekitar 0.5 sampai 0.7 dari tinggi dinding

(Modular Gabion System, Rev. 11/04).

Tanah perkuatan yang digunakan dalam perkuatan ini merupakan material granular

terpilih sesuai yang disyaratkan dalam AASHTO

25

Tabel II.5 Ketentuan Mengenai Material Granular Perkuatab untuk MSE Wall

(FHWA-NHI-10-024)

Berdasarkan AASHTO 2007, maksimum sudut geser dari material granular terpilih

untuk perkuatan diasumsikan 34, kecuali ditentukan lain berdasarkan tes triaksial

atau direct shear.

Kawat yang digunakan untuk wiremesh harus merupakan mild steel wire sesuai BS

1052 (BSI, 1986b) dengan kuat tarik minimum 350 MPa, dan untuk hexagonal

wiremesh harus di beri galvaniz sesuai BS 443 (BSI, 1990b).

Berikut kriteria angka keamanan untuk kegagalan pada reinforced soil structure yang

mungkin terjadi :

Tabel II.6 Kriteria Angka Keamanan Reinforced Soil Structure

(Sumber : StoneTerra MSE Wall System Design Engineering Manual, 2010)

External Stability

Sliding : F.S. >= 1.5

Exccentricity e. at Base : = 2.5

Seismic Stability : F.S. >= 75% of static F.S. (All failure modes)

Internal Stability

Pullout Resistance : F.S. >= 1.5

Allowable Tensile Strength

for steel strip reinforcement : 0.55 Fy

for steel grip reinforcement : 0.48 Fy (connected to concrete panels or blocks)

for geosynthetic reinforcement : Ta - sesuai design life

26

II.4.2 Soil nailing

Soil nailing termasuk ke dalam jenis in-situ reinforcement yang memfasilitasi transfer

beban ke tanah. Struktur soil nailing terbentuk dari tulangan baja, tetapi seringkali

tulangan tersebut dilapisi dengan beton cor untuk mencegah terjadinya korosi dan

meningkatkan transfer beban ke tanah. Permukaan dindingnya biasanya dilapisi

menggunakan shotcrete, seperti pada gambar berikut

Gambar II.14 Potongan Melintang Dinding Soil nailing

(Sumber : Coduto, 2001)

Perkuatan ini tidak memerlukan penggalian dan sangat cocok untuk kondisi lokasi

konstruksi yang sempit/terbatas.

Pada dasarnya, konsep soil nailing adalah untuk memperkuat tanah eksisting dengan

cara memasang batangan baja dengan jarak berdekatan, yang disebut nails pada

lereng. Tujuan dari pemasangan perkuatan ini adalah untuk meningkatkan stabilitas

dengan,

a. Meningkatkan gaya normal sehingga terjadi perlawanan terhadap pergeseran

tanah sepanjang bidang runtuh potensial pada tanah ber-friksi.

b. Mengurangi driving force sepanjang bidang runtuh potensial pada tanah ber-friksi

dan ber-kohesi.

Perkuatan berfungsi untuk mengikat active zone (yang rawan untuk runtuh akibat

pergerakan ke luar dan ke bawah) ke resistant zone. Agar kestabilan dapat dicapai,

kuat tarik nail harus memadai untuk menyediakan gaya dukung untuk menstabilkan

daerah aktif. Nails juga harus bisa melekatkan panjang yang cukup ke dalam daerah

tahanan untuk mencegah kegagalan tarik. Selain itu, efek kombinasi dari kekuatan

nail head (ditentukan berdasarkan kekuatan dari facing atau connection system) dan

ketahanan tarik dari panjang nail yang berada antara permukaan dan bidang geser

27

harus memadai untuk kebutuhan tegangan tarik nail pada bidang geser (interface

antara daerah aktif dan pasif). (FHWA-SA-96-069R)

Secara umum, elemen-elemen yang diperlukan dalam praktek soil nailing adalah :

1. Nail bars

Batangan baja yang umum digunakan pada soil nailing adalah baja ulir yang

sesuai dengan standar ASTM A615, dengan daya dukung tarik 420 MPa (60

ksi atau Grade 60) atau 520 MPa (75ksi atau Grade75). Ukuran

diameternya yang tersedia adalah 19, 22, 25, 29, 32, 36, dan 43 mm, serta

ukuran panjang mencapai 18 m (Tabel 2.5).

Tabel 2.7 Properti Baja Ulir [ASTM A615, Fy = 420 dan 525 MPa (60 dan 75 ksi)]

(Sumber: Byrne et al, 1998)

Diameter Luas Penampang Berat Jenis Kuat Leleh Kapasitas Beban Aksial Inggris mm inch2 mm2 lbs/ft Kg/m ksi MPa Kips kN

#6 19 0,44 284 0,86 21,8 60 414 26,4 118 75 517 33,0 147

#7

22

0,60

387

0,99

25,1 60 414 36,0 160 75 517 45,0 200

#8

25

0,79

510

1,12

28,4 60 414 47,4 211 75 517 59,3 264

#9

29

1,00

645

1,26

32,0 60 414 60,0 267 75 517 75,0 334

#10

32

1,27

819

1,43

36,3 60 414 76,2 339 75 517 95,3 424

#11

36

1,56

1006

1,61

40,9 60 414 93,6 417 75 517 117,0 520

#14

43

2,25

1452

1,86

47,2 60 414 135,0 601

75 517 168,8 751

2. Nail Head

Komponen nail head terdiri dari bearing plate, hex nut (mur persegi enam),

washer (cincin yang terbuat dari karet atau logam), dan headed stud. Bearing

plate umumnya berbentuk persegi dengan panjang sisi 200-250 mm, tebal

19 m, dan kuat leleh 250 Mpa (ASTM A36), sedangkan untuk nut, dan

washer yang digunakan harus memiliki kuat leleh yang sama dengan

batangan bajanya.

3. Cor Beton

Cor Beton pada soil naling dapat berupa adukan semen pasir. Semen yang

digunakan adalah semen tipe I, II, dan III. Semen tipe I (normal) paling

28

banyak digunakan untuk kondisi yang tidak memerlukan syarat khusus,

semen tipe II digunakan jika menginginkan panas hidrasi lebih rendah dan

ketahanan korosi terhadap sulfat yang lebih baik daripada semen tipe I.,

sedangkan semen tipe III digunakan jika memerlukan waktu pengerasan yang

lebih cepat.

4. Centralizers

Centralizers adalah alat yang dipasang sepanjang batangan baja dengan jarak

tertentu (0.52.5m) untuk memastikan tebal selimut beton sesuai dengan

rencana, alat ini terbuat dari PVC atau material sintetik lainnya.

5. Wall Facing (Muka Dinding)

Pembuatan wall facing terbagi menjadi dua tahap, yaitu :

Tahap pertama, muka/tampilan sementara (temporary facing) yang

dibuat dari shotcrete, berfungsi sebagai penghubung antar

batangan-batangan baja (nail bars), dan sebagai proteksi permukaan

galian tanah terhadap erosi.

Tahap berikutnya adalah pembuatan muka/tampilan permanen

(permanent facing). Muka permanen dapat berupa panel beton

pracetak terbuat dari shotcrete. Muka permanen memiliki fungsi

yang sama dengan muka sementara, tetapi dengan fungsi proteksi

terhadap erosi yang lebih baik, dan sebagai penambah keindahan

(fungsi estetika).

6. Sistem Drainase

Untuk mencegah meningkatnya tekanan air pada lereng di belakang

muka dinding, biasanya dipasangkan lembaran vertikal geokomposit di antara

muka dinding sementara dan permukaan galian. Pada kaki lereng harus

disediakan saluran pembuangan (weephole) untuk air yang telah

dikumpulkan oleh lembaran geokomposit.

Dalam merancang stabilitas soil nailing, perlu dilakukan analisis :

1. Internal Stability Analysis

Seperti yang telah disebutkan, soil nailing harus mampu memikul beban-

beban yang bekerja pada lereng. Untuk itu, perlu dilakukan analisis ketahanan

29

reinforcement terhadap gaya tarik dan gaya geser yang akan bekerja agar tidak

terjadi kegagalan lokal yang dapat memicu progressive failure. Kuat tarik soil

reinforcement ini dapat ditambah dengan memperpanjang atau memperbesar

diameter reinforcement-nya.

a. Nail Soil Pullout Failure

Gambar II.15 Ilustrasi Kegagalan Cabut / Pullout Failure

Kuat cabut tulangan pada nailing bergantung dari kapasitas tahanan cabut

antara tanah dan nailing (Ultimate Bond Strength) dan panjang nailing

yang tertanam pada daerah pasif seperti yang terlihat pada gambar berikut

:

Gambar II.16 Ilustrasi Geometri Panjang Penanaman

Faktor keamanannya dapat dihitung sebagai berikut :

( ) ( ) ( )

( ) ( )

Dengan

( ) ( )

30

K = ( )

( )* ( ) ( )

( ) ( )+

(

)

qs = surcharge load

= berat jenis tanah

z = kedalaman

Sh, Sv = spasi horizontal dan vertikal dari soil nailing

( ) ( ) *

( ) ( )

( )+

= sudut inklinasi soil nailing

DDH = Diameter drillhole

qu = unit ultimate bond resistance,

Tabel II.8 Nilai Ultimate Bond Resistance pada Tanah Kohesif

(Sumber : FHWA Soil Nailing Design and Construction Manual)

Tabel II.9 Nilai Ultimate Bond Resistance pada Tanah Non-Kohesif

(Sumber : FHWA Soil Nailing Design and Construction Manual)

Soil TypeUnit Ultimate Bond

Stress kN/m2 (psi)

Stiff Clay 40 - 60 (6.0-8.5)

Stiff Clayey Silt 40 - 100 (6.0-14.5)

Stiff Sandy Clay 100 - 200 (16.5-29.0)

Soil TypeUnit Ultimate Bond

Stress kN/m2 (psi)

Non-plastic silt 20 - 30 (3.0-4.5)

Medium dense sand and silty sand/sandy silt 50 - 75 (7.0-11.0)

Dense silty sand and gravel 80 - 100 (11.5-14.5)

Very dense silty sand and gravel 120 - 240 (17.5-34.5)

Loos 25 - 75 (3.5-11.0)

31

Untuk nail yang menggunakan grouting pada tanah kohesif, tahanan

pullout dapat diperkirakan sebesar 0.25 hingga 0.75 kali dari rata-rata kuat

geser undrained.

Nilai FS yang direkomendasikan untuk kegagalan cabut (pullout failure)

adalah 2 untuk beban statik, dan 1.5 untuk beban gempa.

b. Nail Tensile Strength Failure

Gambar II.17 Ilustrasi Tensile Strength Failure (Breakage)

( ) ( )

( )

Dimana

( )

At = Luas penampang nail

Fy = kuat leleh nail

Nilai FS yang direkomendasikan untuk kegagalan tarik pada nailing adalah

sebesar 1.8 untuk beban satik dan 1.35 untuk beban gempa.

2. External Stability Analysis

Stabilitas Global

Analisis ini dilakukan untuk memastikan bahwa panjang soil nailing yang

dibutuhkan mampu menahan stabilitas global. FS yang direkomendasikan

untuk stabilitas global adalah sebesar 1.35 untuk kondisi pembebanan

statik dan 1.1 untuk kondisi pembebanan gempa.

Stabilitas terhadap kegagalan geser

32

Gambar II.18 Stabilitas terhadap Geser pada Soil Nailing

( )

Lereng dengan perkuatan akan dianggap stabil dari kegagalan geser

apabila memiliki angka keamanan sebesar 1.3 untuk pembebanan statik

dan 1.1 untuk pembebanan seismik.

Adapun kelebihan dari penggunaan soil nailing dibandingkan dengan metode lain

adalah :

Volume baja untuk nail bars dalam soil nailing lebih sedikit dibandungkan

dengan ground anchors, karena umumnya batangan baja pada soil nailing

lebih pendek. Material yang dibutuhkan juga relative lebih sedikit daripada

ground anchor.

Luas area yang dibutuhkan dalam masa konstruksi lebih kecil dibandingkan

dengan teknik lain, sehingga cocok untuk dilakukan pada area konstruksi yang

terbatas.

Dinding dengan soil nailing relative lebih fleksibel terhadap penurunan,

karena lebih tipis dibandingkan dengan gravity wall.

Disamping kelebihan-kelebihan tersebut, ada pula kekurangan dari metode soil

nailing, yaitu :

Tidak cocok untuk daerah dengan muka air tanah yang tingggi

Tidak cocok untuk diaplikasikan pada struktur yang membutuhkan pengaturan

ketat terhadap deformasi. Hal ini dapat diadaptasi dengan menggunakan post

tension nail, namun dapat meningkatkan biaya konstruksi

33

Pelaksanaan konstruksi soil nailing relative lebih sulit sehingga membutuhkan

pekerja yang ahli dan berpengalaman.

II.5 Program PLAXIS

PLAXIS merupakan program yang mengacu pada teori elemen hingga. PLAXIS

digunakan pada aplikasi geoteknik yang membutuhkan analisis deformasi dan

stabilitas yang tidak dapat dilakukan melalui teori keseimbangan batas.

Prosedur pemodelan grafis pada PLAXIS relative mudah dilakukan, memungkinkan

pembuatan suatu model elemen hingga yang rumit dapat dilakukan dengan cepat dan

mempunyai hasil yang mendetail. Kelebihan yang dimiliki program PLAXIS antara

lain :

1. Mampu mensimulasikan konstruksi secara bertahap, seperti yang biasa

dilaksanakan pada konstruksi timbunan tanah

2. Dapat memodelkan elemen perkuatan seperti geotekstil, angkur, dan interface-

nya

Model material pada PLAXIS digambarkan dalam bentuk persamaan matematika

yang menggambarkan hubungan antara tegangan dan regangan. Pemodelan PLAXIS

dapat dianalisa dalam kondisi plane strain maupun axisymmetry. Plane strain

digunakan untuk menganalisa struktur yang memiliki potongan melintang dengan

pembebanan dan kondisi tegangan yang seragam dan perpindahan pada arah z

dianggap nol. Pemodelan axisymetry digunakan untuk analisa struktur lingkaran yang

memiliki potongan radial dan pembebanan seragam terhadap pusat, dengan deformasi

dan tegangan yang besarnya dianggap sama pada arah radialnya. Agar didapatkan

hasil yang akurat, maka pemodelan tanah pada program PLAXIS harus disesuaikan

dengan kondisi sesungguhnya di lapangan.

Dalam melakukan pemodelan perilaku tanah, progtam PLAXIS mengacu pada

pendekatan model Mohr-Coulomb. Pemodelan ini merupakan pendekatan awal

terhadap perilaku tanah yang umum dilakukan. Dalam model Mohr-Coulomb

dibutuhkan lima parameter dasar, yaitu :

E (Modulus Young) dan v (Poisson Ratio) untuk memodelkan elastisitas tanah

(angle of friction) dan c (cohession) untuk memodelkan plastisitas tanah

34

sebagai sudut dilatansi

Hubungan kelima parameter dasar tersebut dapat dilihat pada kurva tegangan-

regangan dari uji triaksial terdrainase standar. Model Mohr-Coulomb merupakan

idealisasi dari hasil uji triaksial terdrainase, yang menjadikan kurva tegangan-

regangan menjadi hubungan yang linear. Model Mohr-Coulomb disebut juga dengan

model elastis-plastis sempurna.

Gambar II.19 Hasil dari Pengujian Triaksial Terdrainase Standar (a) dan Model Elastik-

Plastk (b)

(Sumber : Manual Plaxis V8x)

Prosedur analisis dengan metode elemen hingga adalah sebagai berikut :

1. Membagi model fisis menjadi sejumlah elemen yang memiliki bentuk

geometri tertentu, seperti segitiga, trapesium, atau persegi.

2. Menentukan titik-titik simpul elemen sebagai titik hubung antar elemen

sehingga syarat keseimbangan dan kompatibilitas terpenuhi.

3. Menentukan fungsi perpindahan dari titik-titik dalam elemen.

4. Membentuk matriks kekakuan dan beban pada simpul untuk setiap elemen.

5. Menerapkan persamaan keseimbangan untuk tiap-tiap elemen dan

menggabungkannya untuk seluruh model.

6. Melakukan perhitungan terhadap persamaan-persamaan yang telah terbentuk

untuk menghasilkan perpindahan dan gaya elemen yang terjadi berdasarkan

syarat-syarat batas yang telah ditentukan.

7. Melakukan perhitungan tegangan yang terjadi di dalam elemen setelah gaya

elemen diketahui.

35

II.5.1 Analisis Stabilitas dengan Metode Elemen Hingga

Metoda analisis stabilitas lereng pada tugas akhir ini menggunakan teknik reduksi

kekuatan geser metode elemen hingga, yaitu -c reduction procedure. Kelebihan

metode ini menurut Griffiths et al (1999) adalah :

1. Asumsi dalam penentuan bidang longsor tidak dibutuhkan, bidang ini akan

terbentuk secara alamiah pada zona dimana kekuatan geser tanah tidak mampu

menahan tegangan geser yang terjadi.

2. Metode ini mampu memantau perkembangan keruntuhan progresif termasuk

overall shear failure.

Pada metode ini, parameter kuat geser tanah, yaitu tan dan c dari tanah direduksi

nilainya hingga mencapai keruntuhan. Sehingga angka keamanan stabilitas lereng

menjadi :

36

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

III.1 Umum

Mulai

Studi Literatur

Pemahaman Program Komputer Pendukung

(PLAXIS 2D)

Pengumpulan Data

Penentuan Parameter Tanah

dengan Back Calculation pada

Program PLAXIS

(saat tanah runtuh)

Nilai SF = 1

Bidang Runtuh Sesuai

dengan Bidang Runtuh

Asli

Ya

Tidak

Desain Perkuatan Lereng

Gabion Soil Nailing

Analisis Stabilitas Lereng

dengan Perkuatan

Beban

Statik

Beban

Seismik

Memenuhi Persyaratan

Kestabilan Lereng Tidak

Ya

Pemilihan Jenis Perkuatan Lereng

yang PalingEfektif dan Efisien

Selesai

Gambar III.1 Diagram Alir Prosedur Analisis

37

III.2 Pengumpulan Data

Data-data yang digunakan dalam melakukan analisis pada tugas akhir ini berupa data

topografi dari lereng Sungai Mulki saat sebelum dan setelah kelongsoran terjadi.

Terdapat pula data-data berupa foto lokasi terjadinya longsor yang dapat membantu

menggambarkan kondisi tanah di lapangan. Data-data tersebut kemudian diolah agar

dapat mempermudah pengerjaan dalam hal pemodelan dan perhitungan. Setelah

dilakukan pengolahan data, analisis terhadap stabilitas lereng dapat dilakukan.

III.2.1 Penentuan Data Tanah dengan Back Calculation

Parameter tanah saat tanah mengalami longsor dapat ditentukan dengan menggunakan

bantuan program PLAXIS. Dari data topografi yang tersedia, dilakukan perbandingan

antara topografi tanah sebelum dan setelah longsor. Perbandingan tersebut dilakukan

dengan cara mencoba berbagai asumsi parameter tanah yang disesuaikan dengan

gambaran tanah di lapangan pada topografi lereng seblum longsor.

Dari hasil pengamatan visual, dapat disimpulkan bahwa tanah memiliki karakteristik

mendekati tanah Silty Clay. Asumsi jenis tanah inilah yang menjadi dasar dalam

menentukan parameter tanah untuk dilakukan trial dan error . Trial dan error terus

dilakukan sehingga akhirnya didapatkan nilai faktor keamanan sama dengan atau

mendekati 1 yang menunjukkan bahwa tanah tersebut mengalami longsor. Topografi

bidang runtuh model dengan parameter asumsi juga dibandingkan dengan topografi

bidang runtuh pada lereng setelah longsor.

Tahapan-tahapan yang dilakukan untuk back calculation dalam program PLAXIS :

1. Memodelkan geometri serta beban yang diterima oleh lereng dalam program

input PLAXIS.

2. Mendefinisikan material yang digunakan dengan memasukkan parameter

tanah yang akan di trial dari rentang nilai parameter tanah Silty Clay

3. Menyusun jarring elemen

4. Mendefinisikan kondisi awal yang berupa tegangan air pori (water pressure),

pada kasus ini kondisi muka air tanah ditentukan dalam kondisi rapid

drawdown yang merupakan kondisi ekstrem yang terjadi ketika longsor

terjadi.

5. Mendefinisikan kondisi awal yang berupa tegangan awal pada tanah (initial

stress).

38

6. Melakukan perhitungan pada program calculate. Pada tahap ini perlu

didefinisikan tahapan-tahapan pembebanan yang akan terjadi hingga akhirnya

didapatkan nilai faktor keamanan.

7. Melakukan pemeriksaan hasil pada program output yang hasil keluarannya

merupakan gambaran bidang runtuh yang terjadi pada lereng.

8. Evaluasi hasil dengan membandingkan bidang runtuh hasil keluaran PLAXIS

dengan bidang runtuh setelah longsor, dan memeriksa nilai angka

keamanannya apakah telah mendekati 1 atau bernilai 1. Apabila masih belum

sesuai dengan kriteria tersebut, maka dilakukan trial kembali terhadap

parameter tanah.

III.3 Analisis Stabilitas Lereng Asli

Hasil parameter yang telah didapatkan dari Back Calculation digunakam untuk

menganalisis kondisi kestabilan lereng setelah terjadi longsor. Analisis stabilitas

setelah terjadi longsor dilakukan pada topografi lereng setelah terjadinya longsor.

Lereng pada analisis ini diasumsikan berada pada drained condition serta kondisi

muka air paling kritis (rapid drawdown). Pada analisis ini akan ditentukan kebutuhan

lerang terhadap perkuatan.

III.4 Analisis Desain Perkuatan Lereng

Perkuatan Lereng yang akan digunakan dalam kasus ini adalah Gabion dan Soil

nailing. Perkuatan lereng di tepi sungai ini diinginkan tidak mengubah bentuk

kemiringan lereng asli serta tidak mengubah luas penampang sungai, sehingga kedua

perkuatan yang dijadikan alternatif tersebut dinilai sesuai. Analisis perkuatan lereng

tersebut akan dilakukan dengan menggunakan bantuan program PLAXIS 2D 8.2.

Kedua desain tersebut perlu ditinjau kestabilannya terhadap beban statik maupun

seismik karena lokasi lereng tersebut berada dalam daerah yang rawan terhadap

gempa. Perhitungan terhadap beban gempa akan dilakukan menggunakan analisis

pseudostatik dengan menggunakan nilai percepatan gempa dari lokasi yang ditinjau.

Analisis terhadap desain perkuatan lereng akan dirancang terhadap kestabilan

eksternal dan internal pada masing-masing desain.

39

Pada program PLAXIS, perkuatan gabion akan dimodelkan menggunakan material

gabion dengan parameter yang telah disesuaikan untuk isiannya. Gabion box yang

merupakan double twisted hexagonal wire mesh dimodelkan pada PLAXIS sebagai

geogrid dengan penyesuaian nilai parameter kekakuan tarik/tekan untuk material

tersebut.

Soil nailing akan dimodelkan sebagai node to node anchor dengan koreksi pada

beberapa parameter.

Koreksi pada parameter kekakuan tarik/tekan (EA). Parameter tersebut bisa

didapatkan dari persamaan berikut :

(

) (

)

[

] (

)

Dimana

Eg = Modulus elastisitas shotcrete

En = Modulus elastisitas nailing

An = luas penampang soil nailing

A = Luas penampang soil nailing yang telah tergrouting

Ag = Luas penampang grouting (Ag = A-An)

III.5 Pemilihan Jenis Perkuatan Lereng

Pemilihan jenis perkuatan lereng pada kasus ini ditinjau berdasarkan beberapa hal.

Pemilihan jenis perkuatan didasarkan pada nilai angka keamanan yang dihasilkan dari

analisis stabilitas lereng dengan perkuatan, efisiensi saat pengerjaan konstruksinya,

njuga ketersediaan bahan. Perkuatan dengan kombinasi konstruksi yang sederhana,

bahan yang mudah didapatkan dan angka keamanan yang besar merupakan jenis yang

dipilih dalam kasus ini.

40

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

IV.1 Back Calculation Analysis Program Plaxis 8.2

Pada proses pelaksanaan perhitungan awal, dilakukan pencarian parameter tanah pada

lokasi kelongsoran menggunakan back calculation analysis dengan program Plaxis

8.2. Back calculation analysis ini dilakukan dengan melihat potongan melintang

daerah kelongsoran pada lereng Sungai Mulki seperti yang diperlihatkan pada

Gambar 4.1. Kondisi awal lereng sungai Mulki diketahui memiliki kemiringan 60

dengan ketinggian 22.75 m dari datum.

Gambar IV.1 Final Cross Section setelah Kelongsoran

Selanjutnya, kondisi awal lereng sungai Mulki dimodelkan dengan menggunakan

Plaxis 8.2, lalu ditentukan lapisan tanahnya. Lapisan tanah diasumsikan dengan

melihat pola kelongsoran yang terjadi pada lereng tersebut. Pola kelongsoran yang

terjadi adalah slide rotational dengan tipe earth slump, seperti yang terlihat pada

gambar 4.2. Pola keruntuhan tersebut biasa terjadi pada lapisan tanah yang homogen,

sehingga diasumsikan bahwa lapisan tanah hingga ketinggian 22.75 m dari datum

22.75 m

41

merupakan tanah homogen. Diketahui pula bahwa pada kedalaman 1,5 meter di

bawah dasar sungai terdapat lapisan batuan.

Gambar IV.2 Pola Kelongsoran Lereng Sungai Mulki

IV.1.1 Penentuan Parameter Tanah

Pengamatan visual dari lapangan memperkirakan bahwa tanah didominasi oleh tanah

silty, dan memiliki bearing capacity relatif tinggi. Sebagai awal, diperkirakan baahwa

tanah adalah silty clay. Back analysis dilakukan dengan cara mengubah parameter

kuat geser, yaitu kohesi,c (kPa) dan sudut geser tanah, (), karena kuat geser dalam

keruntuhan lereng merupakan parameter yang dominan. Acuan nilai parameter tanah

didapatkan dari remtang-rentang nilai korelasi-korelasi antara jenis tanah dengan

parameter tanah.

Jenis tanah pada lereng akan dimodelkan dengan Mohr-Coulomb yang membutuhkan

parameter-parameter berikut ini :

1. Berat Volume

Berat volume tanah, saturated dan unsaturated yang digunakan untuk analysis

ini, diperkirakan menggunakan tabel berikut ini :

Tabel IV.1 Korelasi Jenis Tanah dengan Berat Volume

Sumber : Coduto, 2001

Soil Type and Unified

Soil Classification

(See Figure 3.3)

GP - Poorly-graded gravel 110-130 17.5-20.5 125-140 19.5-22.0

GW - Well-graded gravel 110-140 17.5-22.0 125-150 19.5-23.5

GM - Silty gravel 100-130 16.0-20.5 125-140 19.5-22.0

GC - Clayey gravel 100-130 16.0-20.5 125-140 19.5-22.0

SP - Poorly-graded sand 95-125 15.0-19.5 120-135 19.0-21.0

SW - Well-graded sand 95-135 15.0-21.0 120-145 19.0-23.0

SM - Silty sand 80-135 12.5-21.0 110-140 17.5-22.0

SC - Clayey sand 85-130 13.5-20.5 110-135 17.5-21.0

ML - Low plasticity silt 75-110 11.5-17.5 80-130 12.5-20.5

MH - High plasticity silt 75-110 11.5-17.5 75-130 11.5-20.5

CL - Low plasticity clay 80-110 12.5-17.5 75-130 11.5-20.5

CH - High plasticity clay 80-110 12.5-17.5 70-125 11.0-19.5

Typical Unit Weight.

Groundwater Table

Above Below

Groundwater Table

(lb/ft3) (kN/m3) (lb/ft3) (kN/m3)

42

Berat volume unsaturated digunakan pada tanah di atas muka air tanah,

sedangakan berat volume saturated digunakan pada tanah yang berada di

bawah muka air tanah.

2. Konstanta modulus Young (Eref)

Parameter modulus Young yang akan digunakan pada tahap ini dipilih

berdasarkan tabel berikut :

Tabel IV.2 Korelasi Jenis Tanah dengan Modulus Elastisitas

Sumber : Bowles, 1977

Jenis Tanah Es (kg/cm2)

Lempung

Sangat Lunak 3 30

Lunak 20 40

Sedang 45 90

Keras 70 200

Berpasir 300 425

3. Poisson Ratio

Parameter Poisson ratio yang akan digunakan diasumsikan menggunakan nilai

pada tabel berikut :

Tabel IV.3 Korelasi Jenis Tanah dengan Poisson Ratio

(Sumber : Das,2004)

Jenis Tanah Poissons Ratio

Loose Sand 0.2-0.4

Medium Dense Sand 0.25-0.4

Dense Sand 0.3-0.45

Silty Sand 0.2-0.4

Sand and Gravel 0.15-0.35

Soft Clay 0.2-0.5

Medium Clay 0.2-0.5

Stiff Clay 0.2-0.5

43

4. Parameter sudut geser

Parameter sudut geser yang menjadi acuan dalam penentuan parameter

kelongsoran adalah sebagai berikut :

Tabel IV.4 Korelasi Jenis Tanah dengan Sudut Geser

(Sumber : Minnesota Department of Transportation, Pavement Design, 2007)

Jenis Tanah USCS min max

Loam ML,OL,MH,OH 28 32

Silt Loam ML,OL,MH,OH 25 32

Clay Loam, Silty Clay Loam ML,OL,CL, MH, OH, CH 18 32

Silty Clay OL,CL, OH,CH 18 32

Clay CL,CH, OH, OL 18 28

5. Parameter kohesi

Parameter kohesi yang menjadi acuan dalam penentuan parameter kelongsoran

Lereng Sungai Mulki dapat diambil dari tabel berikut :

Tabel IV.5 Korelasi Jenis Tanah denga Kohesi

(Sumber : Minnesota Department of Transportation, Pavement Design, 2007)

min max

Loam - CompactedML, OL, MH,

OH60 90

Loam - SaturatedML, OL, MH,

OH10 20

Silt Loam - CompactedML, OL, MH,

OH60 90

Silt Loam - SaturatedML, OL, MH,

OH10 20

Clay Loam, Silty Clay Loam - CompactedML, OL, CL,

MH, OH, CH60 105

Clay Loam, Silty Clay Loam - SaturatedML, OL, CL,

MH, OH, CH10 20

Silty Clay, Clay - CompactedOL, CL, OH,

CH90 105

Silty Clay, Clay - SaturatedOL, CL, OH,

CH10 20

Description USCSCohesion [kPa]

44

IV.1.2 Pembebanan

Seperti yang telah dijelaskan pada bab 1, bahwa kelongsoran pada Lereng Sungai

Mulki diakibatkan oleh beban statik yang berulang, yaitu beban kendaraan yang

melalui jalan pada lereng tersebut. Jalan pada lereng tersebut dilalui oleh kendaraan-

kendaraan berat, seperti pada gambar 4.3.

Gambar IV.3 Kendaraan Berat yang melalui Jalan Lereng Sungai Mulki

Beban kendaraan tersebut akan diasumsikan sebagai 2 buah beban garis,yang dihitung

sebagai berikut :

1. Dimensi Truk Terberat yang melintas :

Gambar IV.4 Dimensi Truk Terberat yang Melintas

45

Muatan sumbu terberat (MST) berdasarkan keputusan Menteri Perhubungan,

No. 75 tahun 1990, khusus untuk angkutan peti kemas adalah sebagai berikut :

Sumbu tunggal roda tunggal, MST = 6 ton

Sumbu tunggal roda ganda, MST = 10 ton

Sumbu ganda roda ganda, MST = 18 ton

Sumbu tiga (triple) roda ganda, MST = 20 ton

2. Perhitungan Berat Kendaraan :

Truk tersebut memiliki sumbu tunggal roda ganda dan sumbu ganda roda

ganda, sehingga beban garis dapat dihitung sebagai berikut :

IV.1.3 Pemodelan pada program PLAXIS

Sebelum melakukan back calculation analysis, maka kondisi awal lereng pada Sungai

Mulki harus dimodelkan terlebih dahulu pada Program PLAXIS 8.2 seperti yang

ditunjukkan pada gambar 4.5.

Gambar IV.5 Pemodelan Lereng pada program PLAXIS 8.2

Silty Clay

Hard Soil/Rock

46

Pembebanan pada lereng tersebut dimodelkan menggunakan 2 buah point load

sebesar 31.2 kN yang bekerja sebagai line load ke arah plane strain. Pemodelan

pembebanan dapat dilihat pada gambar 4.6.

Gambar IV.6 Pemodelan Pembebanan pada PLAXIS 8.2

Dari observasi lapangan, diketahui bahwa muka air sungai pada lereng tersebut berada

pada ketinggian 3.4 m dari datum. Muka air tanah yang terjadi ketika longsor

diasumsikan dalam kondisi terkrtitis, yaitu saat muka air sungai telah surut namun

muka air tanah pada lereng belum turun. Kondisi tersebut dimodelkan pada program

PLAXIS 8.2 seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.6.

Gambar IV.7 Kondisi Muka Air Tanah pada Program PLAXIS 8.2

Setelah dilakukan pemodelan kondisi awal tanah, maka parameter kuat geser tanah,

yaitu kohesi dan sudut geser dapat diiterasi. Proses back analysis dengan beberapa

47

alternatif besaran parameter pada masing-masing lapisan tanah dapat dilihat pada

tabel 4.6. Hasil yang dikehendaki dari back calculation analysis ini adalah nilai faktor

keamanan yang nilainya sama dengan 1 dan bidang runtuh yamg mendekati kondisi

setelah terjadi kelongsoran. Hasil back calculation yang sesuai de

tugas akhir ressi dyah adriani - 15010071

Documents