Post on 09-Aug-2015
STUDI STABILITAS PERKUATAN TEBING
SUNGAI KAYAN KALIMANTAN TIMUR
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana teknik di Program Studi Teknik Sipil
Oleh
Usama Juniansyah Fauzi
15004160
Pembimbing
Endra Susila, ST, MT, Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2008
dengan bangga dipersembahkan untuk ayahanda, Dr. Ir. Akhmad Fauzi, M.Eng.
iii
ABSTRAK
Studi Stabilitas Perkuatan Tebing Sungai Kayan Kalimantan Timur
Usama Juniansyah Fauzi (15004160)
Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan
Institut Teknologi Bandung 2008
Telah dianalisis stabilitas perkuatan tebing sungai yang berlokasi di Sungai Kayan,
Kalimantan Timur. Studi stabilitas ini menganalisis desain perkuatan tebing sungai awal
yang mengalami perubahan kontur akibat kelongsoran yang terjadi sepanjang aliran
sungai Kayan. Perubahan kontur sungai terjadi disebabkan gerusan air sungai sehingga
menyebabkan kelongsoran di sisi sungai hingga memakan badan jalan. Setelah dilakukan
pengecekan terhadap profil perkuatan tebing tersebut dapat diketahui apakah perkuatan
tebing tersebut memenuhi atau tidak memenuhi kekuatan. Analisis ini dilakukan dengan
menggunakan metoda elemen hhingga menggunakan software Plaxis 7.11. Kondisi yang
dianalisis yaitu lereng sungai tanpa perkuatan, lereng sungai dengan perkuatan sheet pile
menggunakan tie rod dan tiang pancang vertikal, dan lereng sungai dengan perkuatan
sheetpile menggunakan tiang miring. Perkuatan tebing dipandang aman jika nilai faktor
keamanan lebih dari 1.5 dan besar bending moment tidak melebihi momen crack.
Kata kunci: stabilitas lereng, sheetpile, metode elemen hingga, faktor keamanan, bending
moment.
iv
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan
kesabaran dan kekuatan serta rahmat hidayah-Nya untuk menyelesaikan karya ilmiah ini.
Karya tulis ini penulis persembahkan untuk Ayahanda, Ibunda, Kakak, dan Adikku
tercinta yang telah memberi dukungan kerjasama dalam rangka menyelesaikan
pendidikan hingga tingkat sarjana.
Karya tulis ini berjudul Studi Stabilitas Perkuatan Tebing Sungai Kayan Kalimantan
Timur yang berisi studi stabilitas perkuatan tebing sungai untuk tiga kondisi yaitu tanpa
perkuatan, dengan perkuatan standar, dan dengan perkuatan sheetpile dan tiang miring.
Selain itu, karya tulis ini dilengkapi dengan teori-teori guna kelanjutan riset mengenai
studi stabilitas selanjutnya.
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Endra Susila,
ST, MT, Ph.D selaku pembimbing yang mengajarkan konsistensi dalam mempelajari,
memilih, dan mengerjakan topik yang menjadi tugas akhir.
Penulis menyadari bahwa pengerjaan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan tugas
akhir ini untuk kemajuan di masa yang akan datang.
Akhir kata, Penulis berharap agar laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi rekan-
rekan mahasiswa di Program Studi Teknik Sipil pada khususnya, dan seluruh masyarakat
pada umumnya.
Penulis
v
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada:
⌦ Allah SWT, karena atas limpahan berkat dan rahmatnya penulis dapat
menyelesaikan Kuliah dan Tugas Akhir ini.
⌦ Papa dan mama, Dr. Ir. Akhmad Fauzi, M.Eng dan Ir. Zuraidah Fauzi, MT atas
semua cinta, kasih sayang, perhatian dan doa yang senantiasa mengiringi penulis
hingga dapat meraih apa yang dicita-citakan.
⌦ Kakak dan Adikku tersayang, Nurfanida Librianty, Fitriah Sanita, dan Namira
Shita dan semua kerabat serta keluarga besar atas support dan dukungan yang
diberikan selama penulis kuliah hingga dapat memperoleh gelar sarjana.
⌦ Bapak Endra Susila,ST, MT, Ph.D selaku dosen pembimbing, terima kasih atas
bimbingan, pengajaran dan waktu yang telah diluangkan baik itu selama masa
perkuliahan atau dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
⌦ Bapak Ir. Masyur Irsyam MSE, Ph.D dan Hasbullah Nawir, ST, MT, Ph.D atas
kesediaan menjadi dosen penguji, juga untuk arahan dan penjelasan yang diberikan
dalam sidang tugas akhir.
⌦ Generasi Sipil ’04 yang telah lulus: Irwan, Hari, Dede, Rengga, Nurdin, Arief,
Teguh, Oscar, Ahung, Ravi, Heri, dan lain-lain yang telah membuat iri untuk
segera lulus.
⌦ Temen-temen satu angkatan yang bakal lulus bareng: Dodi, Leo, Afrian, Ratna,
Jupri, Wisesa, Atid, Widya Taruko Gombong, Krisnawan, BJ, dan lain-lain yang
saking banyaknya ga muat disini.
⌦ Temen-temen yang belum lulus: Haryo, Agustinus, Coky, Joe Silver, Anju, Zaka,
Iway, Reto, Made, Yoyo, Joe, Kresna, Jose, James, Tia, Rias, Bagus, dan lain-lain
apalagi yang udah gue traktir abis sidang, moga kalian cepet lulus. Amien.
⌦ Para pegawai Tata Usaha Prodi Sipil yang udah jadi sahabat gue selama dua bulan
ini akibat nongkrong di TU: Bu Tiktik, Pak Agus gemuk, Pak Agus Solihin, Pak
Min, dan Pak Ocin, terima kasih semuanya.
⌦ Buat Rumah Irwan atas tempat berteduhnya, atas listriknya, atas air mandinya, atas
pemandangan, tv, dvd, dan atas semua sampah yang gue tumpuk disana.
⌦ Kosan Dodi tempat menumpang tidur klo lagi males balik ke rumah Irwan.
vi
⌦ Kosan Leo juga yang pernah jadi tempat tidur gue.
⌦ Juli Cha Tarido, thanks atas semangat dan pandangan hidupnya, serta pelajaran
gitar klasiknya.
⌦ Yamaha C-350 yang menemani kesendirian gue.
⌦ dan lain-lain yang telah membantu penyelesaian tugas akhir dan kuliah di Program
Studi Teknik Sipil.
Life is a journey
And the road we travel has twist and turns
Which sometimes lead us to unexpected places
And unexpected people
The road we travel is unpredictable
Sometimes is smooth
Sometimes is filled with bumps
But if we’re lucky….
We find people to travel with us
Thanks to everyone who have been traveling with me
Bandung, Oktober 2008
Usama Juniansyah Fauzi, ST
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... ii
ABSTRAK .................................................................................................... iii
KATA PENGANTAR .................................................................................. iv
DAFTAR ISI ................................................................................................. v
DAFTAR TABEL ......................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ......................................................................... 1
1.2. Maksud dan Tujuan ................................................................. 3
1.3. Ruang Lingkup Pembahasan ................................................... 3
1.4. Metodologi ............................................................................... 3
1.5. Daerah Studi Kasus .................................................................. 4
1.6. Sistematika Pembahasan .......................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 6
2.1. Konsep Dasar Stabilitas Lereng ............................................... 6
2.6.1. Tujuan analisis stabilitas lereng ................................... 7
2.6.2. Penyebab keruntuhan lereng ........................................ 7
2.6.3. Pola keruntuhan Pada lereng ........................................ 8
2.2. Kuat Geser Tanah .................................................................... 10
2.3. Parameter Kuat Geser Drained dan Undrained ....................... 11
2.3.1. Kuat Geser Drained ..................................................... 11
2.3.2. Kuat Geser Undrained ................................................. 12
2.4. Pengaruh Air Tanah terhadap stbilitas lereng .......................... 13
2.4.1. Hukum Darcy ............................................................... 13
viii
2.4.2. Aliran Steady State ....................................................... 15
2.4.3. Aliran Transient ........................................................... 16
2.4.4. Penyelesaian aliran ....................................................... 17
2.4.5. Kondisi air tanah .......................................................... 17
2.5. Analisis Stabilitas Lereng ........................................................ 18
2.6. Struktur dan Konstruksi Turap ................................................ 20
2.6.1. Konstruksi turap tipe kantilever ................................... 20
2.6.2. Konstruksi turap berjangkar ......................................... 21
2.6.3. Tekanan lateral tanah ................................................... 21
2.6.4. Geseran adhesi pada dinding turap .............................. 25
2.6.5. Kekakuan dinding turap ............................................... 25
2.7. Analisis Metode Element Hingga dengan Software Plaxis ..... 25
2.7.1. Tentang Plaxis .............................................................. 26
2.7.2. Konsep dasar Metode Element Hingga ........................ 26
2.7.3. Syarat batas .................................................................. 28
2.7.4. Penyelesaian Metode Element Hingga ........................ 28
2.7.5. Pemodelan material ...................................................... 29
2.7.6. Regangan elastis ........................................................... 30
2.7.7. Parameter dasar dalam Model Mohr-Coulomb ............ 31
2.8. Perhitungan Faktor Keamanan (φ - c Reduction) ..................... 34
BAB III STUDI KASUS ............................................................................... 36
3.1. Data Teknis .............................................................................. 36
3.2. Pengumpulan dan Interpretasi Data ......................................... 38
3.2.1. Pembuatan profil dan lapisan tanah ............................. 39
3.2.2. Penentuan parameter tanah .......................................... 40
3.2.3. Penentuan parameter struktur perkuatan ...................... 44
3.3. Kondisi Tanah .......................................................................... 44
3.4. Analisis Menggunakan Software Plaxis .................................. 45
3.4.1. Tahap data masukan (Input) ......................................... 45
ix
3.4.2. Tahap kalkulasi ............................................................ 45
3.4.3. Tahap keluaran (Output) .............................................. 46
BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN ............................................... 47
4.1. Analisis Parameter Tanah ........................................................ 47
4.2. Analisis Parameter Struktur Perkuatan .................................... 49
4.3. Analisis Stabilitas Lereng Asli ................................................ 50
4.3.1. Tahapan analisis stabilitas lereng asli .......................... 51
4.3.2. Analisis hasil perhitungan stabilitas lereng asli ........... 51
4.4. Analisis Stabilitas Lereng dengan Perkuatan Standar ............ 58
4.4.1. Tahapan analisis stabilitas lereng dengan
perkuatan standar ......................................................... 59
4.4.2. Analisis hasil perhitungan stabilitas lereng dengan
perkuatan standar ......................................................... 59
4.5. Analisis Stabilitsd Lereng dengan Perkuatan Sheetpile
dan Tiang Miring ..................................................................... 68
4.5.1. Tahapan analisis stabilitas lereng dengan
perkuatan sheetpile dan tiang miring ........................... 68
4.5.2. Analisis hasil perhitungan stabilitas lereng
dengan perkuatan sheetpile dan tiang miring ............... 69
4.6. Perbandingan Hasil Analisis Stabilitas Lereng dengan
Perkuatan Standar dan Tiang Miring ...................................... 78
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 78
4.1. Kesimpulan .............................................................................. 79
4.2. Saran ........................................................................................ 79
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... xvi
RIWAYAT HIDUP ....................................................................................... xviii
LAMPIRAN .................................................................................................. xix
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Besar faktor keamanan (Duncan dan Al Buchignani) ................ 18
Tabel 2.2 Kondisi keseimbangan statik (Abramson, 2002) ....................... 19
Tabel 3.1 Berat jenis tanah (Coduto, 2001) ............................................... 41
Tabel 3.2 Hubungan antara konsistensi dari tanah kohesif dan
kuat geser undrained (Terzaghi dan Peck,1997 dan
ASTM D2488-90) ...................................................................... 41
Tabel 3.3 Nilai sudut geser beberapa jenis tanah (Tomlinson, 2004) ........ 42
Tabel 3.4 Persamaan untuk Modulus Elastisitas dalam kPa
(Bowles, 1996) ........................................................................... 43
Tabel 3.5 Beberapa Nilai Es dan v (Das, 2004) ......................................... 43
Tabel 3.6 Nilai koefisien permeabilitas (Das, 2002) .................................. 44
Tabel 4.1 Parameter tanah masukan Plaxis model Mohr-Coulomb ........... 47
Tabel 4.2 Parameter struktur perkuatan ..................................................... 50
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Lereng Asli ................................................... 51
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Lereng dengan Perkuatan Standar ................ 59
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Lereng dengan Perkuatan Tiang Miring ....... 70
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Desain awal perkuatan tebing ................................................... 1
Gambar 1.2 Flowchart Metodologi Penyelesaian Tugas Akhir ................... 4
Gambar 1.3 Daerah lokasi studi .................................................................... 4
Gambar 2.1 Karateristik pergerakan massa tanah
(Geoscience Australia) .............................................................. 9
Gambar 2.2 Beberapa jenis pola keruntuhan (Abramson, 2002) .................. 9
Gambar 2.3 Selubung Mohr-Coulomb (Das, 2002) ...................................... 10
Gambar 2.4 Strength envelope tanah lempung dalam keadaan
undrained (Das, 2002) .............................................................. 12
Gambar 2.5 Strength envelope untuk tanah lempung saturated
drained dan undrained (Duncan dan Wright, 2005) ................. 13
Gambar 2.6 Percobaan Hukum Darcy (Das, 2002) ...................................... 14
Gambar 2.7 Elemen air yang melalui media berpori .................................... 15
Gambar 2.8 Pembagian massa tanah (US Army Corp of Engineer,
2003) ......................................................................................... 19
Gambar 2.9 Dinding Turap Kantilever (Das, 2004) ..................................... 20
Gambar 2.10 Dinding Turap berjangkar (Das, 2004) ..................................... 21
Gambar 2.11 Tekanan tanah lateral relative terhadap dinding ....................... 22
Gambar 2.12 Selubung Mohr-Coulomb untuk tekanan tanah aktif
(Das, 2002) ................................................................................ 23
Gambar 2.13 Selubung Mohr-Coulomb untuk tekanan tanah pasif
(Das, 2002) ................................................................................ 24
Gambar 2.14 Pembentukan elemen tanah pada Plaxis ................................... 27
Gambar 2.15 Pembentukan elemen pelat pada Plaxis .................................... 27
Gambar 2.16 Sistem koordinat umum tiga dimensi dan perjanjian
tanda untuk tegangan (Plaxis, 1998) ......................................... 29
Gambar 2.17 Definisi E0 dan E50 untuk hasil uji triaksial terdrainase
standar ....................................................................................... 32
Gambar 2.18 Lingkaran-lingkaran tegangan saat mengalami leleh satu
xii
lingkaran menyentuh garis keruntuhan Coulomb
(Plaxis, 1998) ............................................................................ 33
Gambar 3.1 Daerah lokasi studi .................................................................... 36
Gambar 3.2 Kondisi eksisting ....................................................................... 37
Gambar 3.3 Kondisi setelah sheetpile yang telah dipasang .......................... 38
Gambar 3.4 Desain awal perkuatan tebing Sungai Kayan ............................ 38
Gambar 3.5 Peta kontur asli Sungai Kayan .................................................. 39
Gambar 3.6 Korelasi antara qc, Fr, dan jenis tanah (Robertson dan
Campanela, 1983) ..................................................................... 40
Gambar 3.7 Korelasi antara sudut geser φ’ dan qc (Robertson dan
Campanella, 1983) .................................................................... 42
Gambar 4.1 Penentuan lapisan tanah ............................................................. 48
Gambar 4.2. Defleksi lateral dari tiang pancang (spun pile) diameter 450
mm dengan beban lateral ultimate 65 kN ................................. 49
Gambar 4.3. Bending moment dari tiang pancang (spun pile) diameter 450
mm dengan beban lateral ultimate 65 kN ................................. 50
Gambar 4.4. Arah aliran air sungai dan lokasi yang mengalami longsor ..... 52
Gambar 4.5a Model geometri tanah Sta 0+550 .............................................. 54
Gambar 4.5b Contour deformasi saat keruntuhan lereng asli Sta 0+550 ....... 54
Gambar 4.5c Contour strain saat keruntuhan lereng asli Sta 0+550 ............... 54
Gambar 4.6a Model geometri tanah Sta 0+700 .............................................. 55
Gambar 4.6b Contour deformasi saat keruntuhan lereng asli Sta 0+700 ....... 55
Gambar 4.6c Contour strain saat keruntuhan lereng asli Sta 0+700 ............... 55
Gambar 4.7a Model geometri tanah Sta 1+925 .............................................. 56
Gambar 4.7b Contour deformasi saat keruntuhan lereng asli Sta 1+925 ....... 56
Gambar 4.7c Contour strain saat keruntuhan lereng asli Sta 1+925 ............... 56
Gambar 4.8a Model geometri tanah Sta 2+175 .............................................. 57
Gambar 4.8b Contour deformasi saat keruntuhan lereng asli Sta 2+175 ....... 57
Gambar 4.8c Contour strain saat keruntuhan lereng asli Sta 2+175 ............... 57
Gambar 4.9 Model Perkuatan Standar (spasi pile 3.0 m) ............................. 59
Gambar 4.10a Model geometri tanah dan perkuatan Sta 0+550 ...................... 60
Gambar 4.10b Contour deformasi lereng dengan perkuatan Sta 0+550 ........... 60
xiii
Gambar 4.10c Contour strain lereng dengan perkuatan Sta 0+550 .................. 61
Gambar 4.10d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 0+550 .................................................................................. 61
Gambar 4.11a Model geometri tanah dan perkuatan Sta 0+700 ...................... 62
Gambar 4.11b Contour deformasi lereng dengan perkuatan Sta 0+700 ........... 62
Gambar 4.11c Contour strain lereng dengan perkuatan Sta 0+700 .................. 62
Gambar 4.11d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 0+700 .................................................................................. 62
Gambar 4.12a Model geometri tanah dan perkuatan Sta 1+925 ...................... 63
Gambar 4.12b Contour deformasi lereng dengan perkuatan Sta 1+925 ........... 64
Gambar 4.12c Contour strain lereng dengan perkuatan Sta 0+925 .................. 64
Gambar 4.12d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 0+925 .................................................................................. 65
Gambar 4.13a Model geometri tanah dan perkuatan Sta 2+175 ...................... 66
Gambar 4.13b Contour deformasi lereng dengan perkuatan Sta 2+175 ........... 66
Gambar 4.13c Contour strain lereng dengan perkuatan Sta 2+175 .................. 66
Gambar 4.13d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 2+175 .................................................................................. 67
Gambar 4.14 Model perkuatan sheetpile dan tiang miring ............................. 68
Gambar 4.15 Defleksi lateral dari tiang pancang (spun pile) diameter 450
mm dengan beban lateral ultimate 21 kN ................................. 69
Gambar 4.16 Bending moment dari tiang pancang (spun pile) diameter 450
mm dengan beban lateral ultimate 21 kN ................................ 69
Gambar 4.17a Model geometri tanah dan perkuatan alternatif Sta 0+550 ....... 71
Gambar 4.17b Contour deformasi lereng dengan perkuatan alternatif
Sta 0+550 .................................................................................. 71
Gambar 4.17c Contour strain lereng dengan perkuatan alternatif
Sta 0+550 .................................................................................. 71
Gambar 4.17d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 0+550 .................................................................................. 72
Gambar 4.18a Model geometri tanah dan perkuatan alternatif Sta 0+700 ....... 72
Gambar 4.18b Contour deformasi lereng dengan perkuatan alternatif
xiv
Sta 0+700 .................................................................................. 73
Gambar 4.18c Contour strain lereng dengan perkuatan alternatif
Sta 0+700 .................................................................................. 73
Gambar 4.18d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 0+700 .................................................................................. 73
Gambar 4.19a Model geometri tanah dan perkuatan alternatif Sta 1+925 ....... 74
Gambar 4.19b Contour deformasi lereng dengan perkuatan alternatif
Sta 1+925 .................................................................................. 74
Gambar 4.19c Contour strain lereng dengan perkuatan alternatif
Sta 1+925 .................................................................................. 75
Gambar 4.19d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 1+925 .................................................................................. 75
Gambar 4.20a Model geometri tanah dan perkuatan alternatif Sta 2+175 ....... 76
Gambar 4.20b Contour deformasi lereng dengan perkuatan alternatif
Sta 2+175 .................................................................................. 76
Gambar 4.20c Contour strain lereng dengan perkuatan alternatif
Sta 2+175 .................................................................................. 76
Gambar 4.20d Displacement dan distribusi moment sepanjang sheetpile
Sta 2+175 .................................................................................. 77
1
Gambar 1.1 (a) dan (b) Desain awal perkuatan tebing
BAB I
PENDAHULUAN
Tugas akhir ini menyampaikan studi stabilitas dengan pengecekan kekuatan perkuatan
tebing pada Sungai Kayan, Bulungan. Setelah dilakukan pengecekan terhadap profil
perkuatan tebing Sungai Kayan, dapat diketahui apakah perkuatan tebing tersebut telah
memenuhi atau tidak memenuhi kekuatan sehingga tidak terjadi kelongsoran. Jika terjadi
kelongsoran maka akan dilakukan pencarian solusi optimum untuk mengatasi dan
mencegah terjadinya kelongsoran selanjutnya dan jika terhadap desain awal tidak terjadi
kelongsoran maka penulis akan memberikan alternatif desain terhadap profil perkuatan
tebing Sungai Kayan. Selama proses analisis dan perhitungan digunakan software Plaxis
yang berdasarkan pada metoda elemen hingga.
1.1. Latar Belakang
Studi stabilitas perkuatan tebing Sungai Kayan Kalimantan Timur ini dipilih penulis
karena menarik untuk dianalisis. Perkuatan tebing Sungai Kayan diberikan untuk
menahan gerusan yang disebabkan arus Sungai Kayan yang deras. Perkuatan diberikan
sepanjang sisi kiri sungai dikarenakan pada sisi kiri sungai terdapat jalan dan alur sungai
berbelok ke kanan. Perkuatan yang didesain berupa turap sheepile dan pile (Gambar 1.a)
dan rangkain batu bronjong (Gambar 1.b).
2
Dalam melakukan analisis kestabilan lereng metoda yang umum digunakan saat ini
adalah metoda keseimbangan batas (limit equilibrium method). Analisis dengan metoda
ini dilakukan dengan membagi-bagi massa tanah menjadi irisan-irisan kecil. Dalam
pembagian tanah terdapat berbagai metoda antara lain ordinary method of slices, Bishop
modified method, force equilibrium methods, Janbu’s generalized procedure of Slices,
Morgenstern and Price’s method, dan Spencer’s method.
Dalam menggunakan metoda keseimbangan batas dibutuhkan beberapa asumsi seperti
bidang runtuh dan arah keruntuhan tanah. Dengan berkembangnya komputer, metoda
elemen hingga menjadi lebih sering digunakan. Keuntungan dalam menggunakan metoda
ini dibandingkan dengan metoda keseimbangan batas adalah tidak diperlukannya asumsi
dalam menentukan bentuk keruntuhan, gaya yang bekerja pada irisan tanah, dan arah
keruntuhan.
Metoda elemen hingga berdasarkan pada tinjauan keseimbangan batas dengan
memodelkan tanah sebagai gabungan dari elemen-elemen. Elemen-elemen tersebut
digabungkan dengan nodal yang menyimpan data-data sifat tanah. Perhitungan deformasi
tanah pada metoda elemen hingga dapat menampilkan bentuk perpindahan, tegangan, dan
regangan pada titik nodal. Dalam analisis stabilitas lereng dan timbunan dapat dilakukan
dalam pemrograman komputer dua dan tiga dimensi.
Metoda elemen hingga merupakan metoda yang sangat baik dalam memodelkan perilaku
tanah, tetapi metoda ini juga memberikan kesulitan dalam perhitungan praktis. Pengguna
metoda elemen hingga dituntut untuk memiliki kemampuan dalam perhitungan metoda
numerik. Akibatnya penggunaan metoda elemen hingga kurang popular sampai dengan
berkembanganya komputer dan munculnya software-software geoteknik berbasis metoda
elemen hingga. Software Plaxis merupakan software geoteknik yang dalam analisisnya
menggunakan metoda elemen hingga. Penulis dalam penulisan laporan tugas akhir ini
sengaja menggunakan software Plaxis untuk belajar dalam penggunaan software dalam
rekayasa geoteknik serta memahami konsep metoda elemen hingga.
3
1.2. Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi stabilitas perkuatan tebing Sungai Kayan, Kalimantan Timur.
2. Melakukan desain awal dan melakukan perbaikan desain jika terjadi kelongsoran
dan memberikan alternatif desain terhadap desain awal
3. Menghitung kekuatan dan keamanan (safety factor) dari desain yang digunakan.
1.3. Ruang Lingkup Pembahasan
Ruang lingkup masalah yang dibahas adalah studi kelongsoran perkuatan tebing Sungai
Kayan, Tanjung Selor meliputi hal-hal berikut;
1. Menentukan parameter tanah pada kasus yang ditinjau.
2. Analisis perkuatan desain awal dengan PLAXIS 7.11 2D.
3. Analisis perkuatan setelah dilakukan perbaikan pada perkuatan tebing jika terjadi
keruntuhan perkuatan tebing sungai Kayan atau analisis perkuatan terhadap
altenatif desain jika tidak terjadi keruntuhan.
4. Software yang dipakai untuk membantu analisis dan perhitungan adalah program
software Plaxis 7.11 2D.
1.4. Metodologi
Metodologi yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini antara lain sebagai
berikut:
1. Studi literatur, membaca literatur yang membahas analisis stabilitas dan dinding
penahan tanah.
2. Aplikasi software, mempelajari konsep-konsep yang dipakai dalam program
PLAXIS 7.11 2D serta memahami cara kerjanya.
3. Pengumpulan dan pengolahan data lapangan (field test report)
4. Menganalisis desain awal perkuatan tebing.
5. Desain alternatif perkuatan tebing sungai Kayan dengan program PLAXIS 7.11
2D.
Metodolog
1.5. Daera
Daerah stu
Kabupaten
Awal sunga
gi yang digun
Gamba
ah Studi K
udi kasus ad
Bulungan, P
perkuatan ai
nakan juga da
SLite
ar 1.2 Flowch
Kasus
dalah daerah
Provinsi Kali
Gamb
Arah alir
Jalan
apat dijelask
Studi eratur
PengumDa
InterpDa
AnaDesain
AlterSo
DesPerku
Tebing
hart Metodol
h perkuatan
imantan Tim
ar 1.3 Daera
ran
Perkusunga
kan dengan ba
PemahamSoftwar
Plaxis
mpulan ata
pretasi ata
alisis n Awal
rnatif lusi
sain uatan Sungai
logi Penyele
tebing yan
mur.
ah lokasi stud
SUNKAYA
uatan ai
agan alir di b
man res
saian Tugas
ng terletak d
di
NGAIAN
Aksu
bawah ini.
Akhir
di Sungai K
khir perkuatungai
4
Kayan,
an
5
1.6. Sistematika Pembahasan
Penulisan laporan tugas akhir dibagi menjadi lima bab. Pada bab I dibahas mengenai latar
belakang, maksud dan tujuan, ruang lingkup pembahasan, metodologi, dan sistematika
pembahasan. Pada bab berikutnya dibahas secara detail teori-teori yang berhubungan
dengan analisis stabilitas lereng dan lebih ditekan pada penggunaan teori elemen hingga
dan software Plaxis. Pada bab III dibahas mengenai penentuan parameter-parameter tanah
yang digunakan. Pada bab IV dijelaskan dan ditampilkan proses analisis dan perhitungan-
perhitungan yang dilakukan selama tugas akhir dilakukan dan lebih ditampilkan hasil
analisis dan perhitungan dari program Plaxis. Bab V berisi simpulan uraian bab-bab
sebelumnya serta rekomendasi dan saran dari penulis.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menyajikan studi literatur yang dilakukan untuk mengumpulkan dasar-dasar teori
yang nantinya digunakan sebagai dasar dalam penulisan tugas akhir ini. Bab ini akan
berisi teori-teori yang berkaitan dengan kosep dasar stabilitas lereng, kuat geser tanah,
parameter kuat geser drained dan undrained, pengaruh air tanah terhadap stabilitas
lereng, analisis stabilitas lereng, struktur dan konstruksi turap, tekanan lateral tanah, dan
analisis metoda elemen hingga dengan Software Plaxis 7.11.
2.1. Konsep Dasar Stabilitas Lereng
Analisis stabilitas pada lereng telah memainkan peran penting dalam bidang teknik sipil.
Analisis stabilitas digunakan pada pembangunan fasilitas konstruksi seperti highways,
jalur kereta api, bandara, dan kanal; pembangunan fasilitas sumber daya alam, seperti
galian tambang dan waduk; dan pada aktivitas pembangunan gedung dan infrastruktur
dan proses penggalian (excavation). Kegagalan pada lereng tersebut disebabkan oleh
pergerakan tanah pada galian dan timbunan yang dilakukan oleh manusia, kondisi alam,
maupun kombinasi dari keduanya.
Sejalan dengan meningkatnya penggunaan lereng untuk berbagai keperluan manusia
maka diperlukan pengembangan konsep kestabilan lereng yang bertujuan untuk
mengatasi masalah keruntuhan lereng. Untuk dapat mencapai tujuan tersebut diperlukan
pemahaman terhadap faktor-faktor yang berhubungan dengan dengan keruntuhan lereng,
analisis lereng, dan pemilihan metoda perkuatan lereng yang efektif. Dengan memiliki
konsep stabilitas lereng yang baik, keruntuhan lereng alam maupun kegagalan desain
lereng buatan yang mengakibatkan kerugian materil dan korban jiwa dapat dihindari.
7
2.1.1. Tujuan analisis stabilitas lereng
Secara umum tujuan dasar dari analisis stabilitas lereng adalah untuk memberikan desain
excavation, timbunan, earth dams, landfills, dan spoil heaps yang aman dan ekonomis.
Dalam penaksiran stabilitas lerang memperhatikan identifikasi geologi, material,
lingkungan, dan parameter ekonomi yang dapat mempengaruhi stabiltas lereng sehingga
dapat memperkirakan kemungkinan terjadinya keruntuhan pada lereng.
Tujuan dari analisis stabilitas lereng antara lain:
1. Memahami karekteristik dan pembentukan dari natural slope
2. Memperkirakan stabilitas lereng dalam jangka waktu pendek (saat konstruksi)
dan jangka waktu panjang
3. Memperkirakan kemungkinan terjadinya keruntuhan pada lereng alam dan buatan
4. Menganalisis pergerakan tanah dan memahami mekanisme keruntuhan lereng,
serta faktor-faktor yang mempengaruhinya
5. Mendesain ulang untuk tindakan pencegahan dan perbaikan dari keruntuhan
lereng serta perhitungan perbaikan yang diperlukan
2.1.2. Penyebab keruntuhan lereng
Dalam mempelajari berbagai macam penyebab keruntuhan lereng, penting sekali untuk
memahami kebutuhan mendasar agar lereng menjadi stabil yaitu kuat geser tanah harus
lebih besar dibandingkan dengan kuat geser yang dibutuhkan untuk mencapai
keseimbangan. Dengan syarat dasar tersebut maka penyebab utama keruntuhan lereng
adalah kuat geser tanah lebih kecil dibandingkan kuat geser yang dibutuhkan. (Duncan
dan Wright, 2005)
Kuat geser tanah lebih kecil dari kuat geser tanah yang dibutuhkan umumnya disebabkan
oleh dua hal, yaitu meningkatnya tegangan geser atau berkurangnya kuat geser tanah
(Highway Reasearch Board, 1978). Faktor-faktor penyebab meningkatnya tegangan geser
tanah pada lereng antara lain:
1. Berkurangnya daya dukung lereng
a. Erosi
b. Gerakan lereng alami
8
c. Aktivitas manusia
2. Pembebanan berlebih
a. Kondisi alam
b. Aktivitas manusia
3. Kejadian yang disebabkan alam seperti gempa
4. Perpindahan material yang ada pada lereng
a. Aliran sungai atau laut
b. Cuaca
c. Erosi bawah tanah (akibat seepage)
d. Aktivitas manusia (excavation atau pertambangan)
e. Hilangnya kuat geser tanah disekitar dasar lereng
5. Meningkatnya tekanan lateral tanah
a. Retakan-retakan tanah akibat air
b. Pembuakan air dalam retakan tanah
c. Sifat mengembangnya tanah lempung
Faktor-faktor penyebab berkurangnya kuat geser tanah antara lain:
1. Sifat alami dari material tersebut
a. Komposisi
b. Struktur
c. Sifat turunan dari material tersebut
d. Stratifikasi
2. Perubahan akibat cuaca dan aktivitas fisik dan kimiawi
a. Perubahan kering dan basah
b. Hidrasi
3. Perubahan tekanan pori
4. Perubahan dari struktur
a. Penurunan tegangan
b. Degradasi struktural
2.1.3. Pola keruntuhan pada lereng
Gerakan keruntuhan lereng merupakan gambaran dari struktur tanah dimana gaya yang
mendorong melebihi gaya yang menahan pada lereng tersebut sehingga menyebabkan
terjadinya
guguran (f
aliran (flow
tersebut (G
yaitu lapisa
Gamb
Longsoran
bentuk bid
merupakan
dan datar
merupakan
translation
dapat diliha
pergerakan
falls), runtuh
w), dan gera
Gambar 2.1).
an batuan, lap
bar 2.1 Kara
yang terjad
dang gelinci
n tipe longso
dengan tipe
n gerakan y
nal slides atau
at pada Gam
Gambar 2
massa tana
han (topples
akan komplek
Semua bent
pukan batuan
teristik perge
di akan mem
imya. Bentu
oran dengan
e slab slides
yang sangat
u bentuk-ben
mbar 2.2.
2.2 Beberapa
ah. Pergerak
s), longsoran
ks yang mer
tuk gerakan i
n dan tanah.
erakan massa
mbentuk suatu
uk bidang g
bidang geli
s atau rock
kompleks
ntuk lainnya.
a jenis pola k
kan massa
n (slides), p
rupakan kom
ini sangat di
a tanah (Geo
u pola baik
elincir yang
incir bentuk
slides. Kad
yaitu komb
. Adapun beb
keruntuhan (A
tanah dapat
penyebaran
mbinasi dari
itentukan ole
oscience Aus
di permukaa
g umum terj
lingkaran (
dang-kadang
binasi dari
berapa bentu
Abramson, 2
t berupa ge
(lateral spr
berbagai ge
eh formasi ge
stralia, 2008)
an lereng m
rjadi di Indo
rotational sl
g gerakan Io
rotational s
uk pola kerun
002)
9
erakan
eads),
erakan
eologi
)
aupun
onesia
lides),
ongsor
slides,
ntuhan
10
2.2. Kuat Geser Tanah
Penemuan konsep tegangan efektif oleh Terzaghi pada 1920 sangat relevan sekali untuk
memecahkan suatu masalah yang berkaitan dengan stabilitas lereng yaitu
mempertimbangkan principal stress meliputi σ1, σ2, dan σ3 pada tanah jenuh dan u
merupakan tekanan air pori. Perubahan yang terjadi pada tegangan total disebabkann
perubahan yang terjadi pada tekanan air pori yang tidak berpengaruh pada perubahan
volume atau pada kondisi tegangan. Kompresi, distorsi, dan perubahan tahanan geser
menghasilkan perubahan tegangan efektif, σ1’, σ2’, dan σ3’. Teori Mohr-Coulomb dapat
dimodelkan pada gambar 2.3 di bawah ini.
Gambar 2.3 Selubung Mohr-Coulomb (Das, 2002)
Material lereng mempunyai kecenderungan untuk terjadi longsor karena tegangan geser
pada tanah akibat dari gravitasi dan kekuatan lain (aliran air, tegangan tektonik, aktivitas
gempa). Kecenderungan ini ditahan oleh kuat geser material lereng yang diterangkan
dengan Teori Mohr-Coulomb.
Kuat geser tanah didenifisikan sebagai nilai maksimum tegangan geser yang dapat
ditahan oleh tanah agar tidak terjadi keruntuhan. Berdasarkan model tanah Mohr-
Coulumb kuat geser tanah ditentukan oleh tegangan normal atau efektif pada bidang
11
keruntuhan. Hubungan antara kuat geser dan tegangan normal dapat digambarkan dalam
persamaan:
s = c + σn tan φ (2.1)
dimana s adalah kuat geser, c adalah kohesi tanah, σn adalah tegangan normal dan φ’
adalah sudut geser tanah. Untuk tegangan efektif kuat geser digambarkan dengan
persamaan:
s’ = c’ + (σn – u) tan φ’ (2.2)
dimana s adalah kuat geser drained, c’ adalah kohesi tanah, σn adalah tegangan normal, u
adalah tekanan air pori, dan φ’ adalah sudut geser tanah.
2.3. Parameter Kuat Geser Drained dan Undrained
Dalam analisis stabilitas lereng terdapat dua tipe kuat geser tanah yang digunakan yaitu
kuat geser drained yang digunakan untuk analisis tegangan efektif dan kuat geser
undrained yang digunakan untuk analisis tegangan total. Pemilihan parameter tanah
drained atau undrained yang akan digunakan bergantung pada kondisi pekerjaan, loading
(timbunan, beban bangunan, dll.) atau unloading (galian, erosi, dll.), tergantung pada
kondisi peningkatan tergangan air pori akibat respon dari perubahan tegangan.
2.3.1. Kuat geser Drained
Kuat geser drained adalah kuat geser tanah yang mengalami kondisi drained. Kondisi
drained terjadi ketika tanah mengalami peningkatan pembebanan secara lambat atau
beban berada dalam waktu yang lama sehingga kondisi air menjadi teralirkan.
Dalam kondisi drained perubahan dalam pembebanan tidak mengakibatkan perubahan
dalam tekanan air dalam partikel tanah, karena air dapat bergerak masuk atau keluar
tanah dengan bebas ketika volume partikel tanah mengalami peningkatan maupun
pengurangan sebagai respon dari perubahan beban.
2.3.2. Kua
Kuat geser
Kondisi un
sehingga ko
Dalam kon
tekanan air
partikel tan
Jika perila
diperoleh
Dalam kea
keruntuhan
Gambar
Pada kondi
rendah diba
pori menin
tanah lemp
lebih besar
dan tekanan
perbedaan
t Geser Und
r undrained
ndrained terj
ondisi air me
ndisi undrain
r dalam part
nah.
aku tanah le
adalah param
adaan ini dia
n Mohr-Coul
2.4 Strength
isi tanah lem
andingkan d
ngkat dan teg
pung over co
r dibandingka
n efektif men
antara param
drained
d adalah kua
adi ketika ta
enjadi tidak t
ned perubah
tikel tanah,
empung jen
meter total
asumsikan b
lomb (Gamba
h envelope ta
mpung norma
engan kuat g
gangan efekti
onsolidated
an kuat geser
ningkat dala
meter kuat ge
at geser tan
anah mengala
teralirkan.
han dalam pe
karena air ti
nuh dianalisi
dimana tida
besar sudut
ar 2.4).
anah lempung
ally consolida
geser drained
if menurun d
ternyata berk
r drained. Ha
am kondisi un
eser overcons
nah yang m
ami peningk
embebanan
idak dapat m
is dalam ko
ak diperluka
geser tanah,
g dalam kead
ated, parame
d. Hal ini me
dalam kondis
kebalikan. K
al ini disebab
ndrained. Da
solidated dan
mengalami ko
atan pembeb
mengakibat
mengalir den
ondisi undra
an evaluasi
, φ = 0 dan
daan undrain
eter kuat gese
enunjukkan b
si undrained
Kuat geser u
bkan tekanan
alam Gamba
n normally c
ondisi undra
banan secara
perubahan
ngan bebas
ained maka
tekanan air
n cu sama d
ned (Das, 20
er undrained
bahwa tekan
. Kenyataan
undrained ter
n air pori me
ar 2. 5 ditunju
onsolidated.
12
ained.
cepat
dalam
dalam
yang
r pori.
dengan
02)
d lebih
nan air
untuk
rnyata
enurun
ukkan
13
Gambar 2.5 Strength envelope untuk tanah lempung saturated drained dan undrained
(Duncan dan Wright, 2005)
2.4. Pengaruh Air Tanah terhadap Stabilitas Lereng
Air tanah merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam masalah stabilitas
lereng, karena air tanah dapat mempengaruhi stabilitas lereng dengan cara:
1. Mengurangi kekuatan tanah
2. Mengubah kandungan mineral melalui peristiwa kimia
3. Mengubah berat isi tanah
4. Meningkatkan tekanan air pori
5. Menyebabkan terjadinya erosi
2.4.1. Hukum Darcy
Percobaan yang dilakukan oleh Dary (1856) untuk menganalisis aliran air yang melalui
media berpori dalam hal ini pasir, dapat digambarkan seperti pada Gambar 2.6.
Tabung silinder dengan luas penampang A, terisi penuh oleh pasir. Kedua ujung tabung
tersebut ditutup, tabung tersebut juga dihubungkan dengan saluran untuk air masuk dan
air keluar. Pada tabung tersebut dipasang 2 buah manometer. Air dimasukkan ke dalam
tabung dan dibiarkan mengalir beberapa saat sampai seluruh pori-pori dalam tabung terisi
penuh oleh air dan jumlah air yang mengalir masuk sama dengan yang keluar.
14
Gambar 2.6 Percobaan Hukum Darcy (Das, 2002)
Jika diambil suatu datum z = 0, maka elevasi dari masing-masing manometer adalah z1
dan z2. Sedangkan elevasi air di dalam manometer tersebut adalah h1 dan h2. Jarak antara
manometer tersebut adalah L. Dari aliran air yang masuk kedalam tabung tersebut akan
diperoleh seperti pada Persamaan 2.3 untuk kecepatan aliran (v).
(2.3)
dimana Q adalah banyaknya air yang masuk untuk setiap satuan waktu tertentu (L3/T), A
adalah luas penampang dari tabung silinder (L2), dan v adalah kecepatan aliran
Percobaan yang dilakukan Darcy menunjukkan bahwa v berhubungan langsung secara
proporsional dengan h1 - h2 pada saat Δ1 konstan, dan sebaliknya yaitu dengan Δl pada
saat h1 - h2 konstan. Jika Δh= h2 - h1, maka akan memiliki hubungan:
dan
sehingga Hukum Darcy dapat dinyatakan : (2.4a)
atau
(2.4b)
dimana dh/dl adalah gradient hidraulik dan k adalah suatu konstanta yang merupakan
sebuah properti dari media dalam tabung silinder yang dikenal sebagai koefisien
permeabilitas.
Bentuk lain dari Hukum Darcy adalah:
15
(2.5)
atau
(2.6)
dimana i atau dh/dl adalah gradient hidraulik.
Untuk aliran 2 dimensi, v memiliki komponen dalam arah x dan y sehingga Persamaan
2.4 dapat diuraikan menjadi:
dan (2.7)
2.4.2. Aliran Steady State
Aliran steady state terjadi jika aliran pada suatu bidang yang ditinjau memiliki besar dan
arah yang konstan. Aliran air yang melalui media berpori dapat dijelaskan seperti pada
Gambar 2.7. Jika vx dan vy adalah kecepatan aliran air yang masuk ke dalam elemen pada
arah x dan y, serta dan merupakan perubahan kecepatan aliran yang keluar
pada arah x dan y maka jumlah air yang masuk ke dalam elemen seperti ditunjukkan pada
persamaan:
(2.8)
sedangkan jumlah air yang keluar dari elemen tersebut adalah:
(2.8)
GAMBAR
Gambar 2.7 Elemen air yang melalui media berpori
∆
∆
16
Berdasarkan Hukum Kontinuitas maka air yang mengalir diasumsikan tidak
termampatkan dan tidak terjadi perubahan volume air dalam elemen sehingga volume air
yang masuk dan yang keluar elemen tersebut adalah sama. Hal ini dapat dituliskan dalam
persamaan matematis:
(2.10)
(2.11)
atau
0 (2.12)
Dengan mensubstitusikan Hukum Darcy pada Persamaan 2.7 ke dalam Persamaan 2.12
maka akan diperoleh persamaan pengatur untuk aliran steady state seperti yang
ditunjukkan pada persamaan:
0 (2.13)
dimana adalah total head, p adalah tekanan, adalah berat jenis air, dan y
adalah elevation head.
Jika media berpori diasumsikan homogen isotropic maka kx = ky adalah konstan maka
persamaan 2.13 dapat dituliskan:
0 (2.14)
dimana persamaan ini dikenal sebagai Persamaan Laplace.
2.4.3. Aliran Transient
Aliran transient terjadi jika suatu aliran pada suatu bidang yang ditinjau memiliki besar
dan arah yang selalu berubah atau tidak konstan. Persamaan kontinuitas untuk aliran
transient dapat dituliskan:
(2.15)
dimana n adalah porositas
Dengan mengambil maka Persamaan 2.15 dapat dinyatakan seperti pada
persamaan:
17
(2.16)
Dengan menggabungkan persamaan 2.7 dan 2.16 maka diperoleh persamaan pengatur
untuk aliran transient seperti persamaan:
(2.17)
dimana Ss adalah specific storage.
2.4.4. Penyelesaian aliran
Degan menggunaka persamaan tersebut di atas, maka solusi dari analisis aliran air yang
melalui suatu media adalah sebagai berikut:
1. Solusi utama yaitu menentukan nilai head (h). Penentuan nilai head dapat
dilakukan dengan menyelesaikan persamaan 2.14.
2. Solusi kedua yaitu:
a. Kecepatan aliran dengan menggunakan persamaan 2.4.
b. Debit aliran dapat diketahui dengan persamaan 2.5.
c. Tekanan air pori dapat diketahui dengan menggunakan persamaan
(2.18)
dimana adalah tekanan air pori, adalah massa tanah, p = h – y
adalah pressure head air pori, g adalah gravitasi, h adalah total head, dan
y adalah elevation head.
2.4.5. Kondisi Air tanah
Tekanan air pori biasanya dapat dihitung dari kondisi air tanah ditempat tersebut yang
dapat ditentukan dengan beberapa metoda yaitu:
1. Data Piezometric, merupakan tekanan air pori pada tiap titik sepanjang lereng.
Untuk memperoleh data-data pada titik lainnya dapat dilakukan interpolasi dan
ekstrapolasi. Metoda ini merupakan metoda terbaik untuk menggambarkan
keadaan tekanan air pori.
2. Phreatic Surface, dimana permukaan air tanah diwakili oleh garis dalam dua
dimensi. Permukaan air tanah ini dapat diperkirakan dengan menggunakan sumur
monitoring dan metoda ini paling banyak digunakan.
18
3. Pzeometrik surface, digunakan untuk analisis ulang (back analysis) dan tidak
dapat digunakan untuk mentukan bidang keruntuhan.
4. Rasio tekanan air pori, untuk memperoleh tekanan air pori pada lereng dengan
persamaan Ru = u / σv, dimana u adalah tekanan air pori dan σv adalah tegangan
vertikal total lapisan tanah pada kedalaman z.
5. Tekanan air pori konstan, digunakan jika tekanan air pori pada lapisan tanah
memiliki harga konstan. Pada umumnya metoda ini digunakan dalam analisis
stabilitas fill pada tanah lunak selama konstruksi (short-term analysis).
2.5. Analisis Stabilitas Lereng
Konsep stabilitas lereng menggunakan metode analisis dalarn memprediksi kestabilan
lereng tanah untuk dua dimensi telah banyak dikembangkan oleh ahli-ahli geoteknik.
Umumnya untuk menyatakan lereng dalarn kondisi stabil dinyatakan dengan angka aman
(FOS) yang merupakan rasio antara gaya atau momen yang melawan terjadinya longsor
dan gaya atau momen yang melongsorkan. Besamya angka aman disesuaikan dengan
beban yang bekerja, untuk kondisi beban normal artinya beban yang bekerja terus
menerus pada lereng mempunyai nilai 1,5-2, sedangkan untuk beban sernentara (misal :
beban gernpa) digunakan angka arnan lebih rendah yaitu 1,1-1,2. JM Duncan dan AL
Buchignani merekomendasikan besarnya faktor keamaan seperti pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Besar faktor keamanan (Duncan dan Al Buchignani, 1975)
Biaya dan Resiko yang Ditimbulkan Keakuratan pengukuran data Kecil Besar
Perbandingan antara biaya perbaikan dengan biaya konstruksi sebanding. Tidak ada kerugian jiwa dan materi yang ditimbulkan jika terjadi keruntuhan.
1,25 1,5
Biaya perbaikan jauh lebih besar dibandingkan dengan biaya konstruksi. Kerugian jiwa dan materi yang ditimbulkan cukup besar jika terjadi keruntuhan.
1,5 ≥ 2
Dalam melakukan analisis kestabilan lereng metoda yang umum digunakan saat ini
adalah metoda keseimbangan batas (limit equilibrium). Metoda keseimbangan batas
meninjau lereng pada saat akan mengalami keruntuhan. Metoda ini mengasumsikan tanah
sebagai material rigid-plastis sehingga tidak ada regangan sampai keruntuhan terjadi.
19
Analisis stabilitas lereng tergantung pada bentuk bidang runtuh yang dapat diasumsikan
sebagai planar failure surface, circular arc, dan logarithmic spiral.
Gambar 2.8 Pembagian massa tanah (US Army Corp of Engineer, 2003)
Analisis dengan metoda ini dilakukan dengan membagi-bagi massa tanah yang
diperkirakan akan runtuh menjadi irisan-irisan kecil. Dalam pembagian tanah terdapat
berbagai metoda antara lain ordinary method of slices, Bishop modified method, force
equilibrium methods, Janbu’s generalized procedure of Slices, Morgenstern and Price’s
method, dan Spencer’s method.
Tabel 2.2 Kondisi keseimbangan statik (Abramson, 2002)
Metode Keseimbangan Gaya Keseimbangan Momen Arah x Arah y
Ordinary Method of Slice Tidak Tidak Ya Bishop's Simplified Ya Tidak Ya Janbu's Simplified Ya Ya Tidak Corps of Engineering Ya Ya Tidak Lowe and Karafiah Ya Ya Tidak Janbu's Generalized Ya Ya Tidak Bhisop's Rigourous Ya Ya Ya Spencer's Ya Ya Ya Sharma's Ya Ya Ya Morgenstren - Price Ya Ya Ya
Metode limit equilibrium menggunakan konsep kesimbangan gaya dan momen pada
irisan-irisan tanah. Penjumlahan gaya-gaya vertikal yang bekerja pada setiap irisan akan
diperoleh gaya normal N yang bekerja pada dasar irisan. Penjumlahan gaya-gaya
horizontal yang bekerja pada setiap irisan akan diperoleh gaya yang bekerja diantara
irisan, E. Penjumlahan dari gaya-gaya horizontal yang bekerja pada semua irisan akan
memberikan factor keamanan untuk keseimbangan gaya, Ff. Penjumlahan dari momen-
momen ya
untuk kesei
2.6. Struk
Cara meka
penahan t
reinfoercem
merupakan
Konstruksi
menerus. F
dan air. N
sehingga ef
berdasarkan
konstruksi
2.6.1. Kon
Konstruksi
kedalaman
kerjanya de
lateral di be
ang diambil
imbangan m
ktur dan Ko
anis dalarn u
tanah konv
ment), penga
n suatu struk
i dilakukan d
Fungsi dari d
Namun tiang
fektif untuk
n konstruksi
turap berjan
struksi Tur
i turap tipe
tanah terten
engan menga
elakang dind
Gam
terhadap sua
momen Fm.
onstruksi T
saha stabilis
vensional, a
angkeran tan
ktur dinding
dengan pem
dinding turap
atau turap
menghamba
inya dapat d
gkar.
ap Tipe Kan
kantelever
ntu (D) untu
andalkan tah
ding.
mbar 2.9 Din
atu titik tert
Turap
sasi lereng di
atau metod
nah (soil na
penahan ta
mancangan ta
p adalah me
harus cukup
at turunnya m
ibedakan me
ntilever
merupakan
uk dapat men
hanan lateral
nding Turap
tentu, akan m
ilakukan den
de baru ya
ailling). Kon
anah berbent
anah ke dala
enahan tekan
p panjang d
material tanah
enjadi konstr
dinding tu
nahan tekan
di depan din
Kantilever (D
memberikan
ngan menem
aitu perkua
nstruksi tura
tuk vertikal
am tanah me
nan lateral ak
dan melewat
h yang longs
ruksi turap ti
urap yang d
nan lateral pa
nding untuk
Das, 2004)
n factor keam
mpatkan kons
atan tanah
ap atau shee
yang relatif
embentuk di
kibat massa
ti bidang lon
sor. Dinding
ipe kantileve
dipancang s
ada dinding.
menahan te
20
manan
struksi
(soil
et pile
f tipis.
inding
tanah
ngsor,
g turap
er dan
ampai
. Cara
kanan
2.6.2. Kon
Pada dindi
depan dind
Penggunaa
mereduksi
2.6.3. Teka
Dalam teor
dimana sel
turap deng
seluruh tan
dinding dan
- φ/2) terh
berada dal
diperlukan
rotasi (A-B
menimbulk
besar meru
kondisi pas
pada ujung
pada bagia
sudut (45 +
struksi tura
ing turap ber
ding turap da
an angkur ak
berat serta lu
Gam
anan Latera
ri Rankine di
luruh tanah m
an kedalama
nah. Kondisi
n bidang run
hadap horizo
lam kondisi
suatu nilai r
B) dinding m
kan regangan
upakan kondi
sif, kondisi
g bawah ke a
an tanah yan
+ φ/2) seperti
ap berjangka
rjangkar tek
an gaya tarik
kan mengur
uasan penam
mbar 2.10 Din
al Tanah
itinjau kondi
mengalami e
an tertentu ti
aktif hanya
ntuh yang me
ontal, seperti
keseimban
regangan late
menjauhi tana
n merata pa
isi deformasi
deformasi m
arah tanah. J
ng terletak d
i yang diperl
ar
kanan lateral
angkur yang
rangi kedala
mpang dindin
nding Turap
isi tegangan p
ekspansi ata
idak selalu m
dapat terjadi
elewati ujung
i terlihat pad
gan elastis.
eral minimum
ah dengan pu
ada permuka
i minimum u
minimum ada
Jika gerakan
i antara dind
ihatkan pada
yang bekerj
g dipasang p
aman peman
ng turap
berjangkar (
pada tanah y
au kompresi
menghasilkan
i pada bagian
g bawah dind
da Gambar
Untuk dap
m tertentu pa
usat putar pad
aan tanah. B
untuk pencap
alah gerakan
ini cukup be
ding dan bid
a Gambar 2.1
ja akan dita
pada bagian a
ncangan yan
(Das, 2004)
yang luasnya
arah lateral.
n kondisi ak
n tanah yang
ding dan mem
2.11(b) dan
pat memben
ada permuka
da ujung baw
Bila nilai def
paian kondisi
n rotasi dindi
esar kondisi
dang runtuh
11(c).
han oleh tan
atas dinding
ng diperlukan
a semi tak ter
. Gerakan di
ktif atau aktif
g terletak di
mbentuk sud
tanah seleb
ntuk kondisi
aan tanah. Ge
wah dinding
formasi ini
i aktif. Pada
ing yang ber
pasif akan t
yang memb
21
nah di
turap.
n dan
rbatas,
inding
f pada
antara
dut (45
bihnya
aktif
erakan
dapat
cukup
kasus
rpusat
terjadi
bentuk
22
Gambar 2.11 Tekanan tanah lateral relative terhadap dinding
2.6.3.1. Tekanan tanah pada keadaan statis (at rest)
Jika ditinjau suatu massa tanah seperti pada Gambar 2.11(a), dinding berada pada
keadaan diam dan tidak bergerak ke kanan maupun ke kiri. Pada keadaan tersebut massa
tanah berada dalam keadaan keseimbangan elastis. Pada kedalaman tertentu suatu massa
tanah akan mengalami gaya-gaya akibat sifat tanah itu sendiri seperti terlihat pada
Gambar 2.11(a). Rasio tekanan tanah dalam keadaan horizontal dan vertikal adalah K0
(koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam). Secara umum tekanan lateral tanah pada
keadaan diam dapat dituliskan sebagai berikut:
(2.19)
dimana 'hσ adalah tegangan efektif tanah dalam arah horizontal, 0K adalah koefisien
tekanan tanah dalam keadaan diam, dan '0σ adalah Tegangan efektif tanah dalam arah
vertikal.
23
Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Jaky (1944), didapat persamaan empiris untuk mendapatkan koefisien tekanan tanah dalam keadaan diam pada tanah berbutir, sebagai berikut: (2.20)
dimana 'φ adalah sudut geser tanah dalam keadaan teralirkan (drained).
2.6.3.2. Tekanan tanah aktif
Bila ditinjau suatu massa tanah seperti pada Gambar 2.11(b), dinding dengan permukaan
licin (frictionless) bergerak dari keadaan diam menuju ke kiri (menjauh dari tanah yang
ditahan). Jika dinding bergerak menjauhi tanah (A’B) sejauh ΔLa, maka tanah ABC’ akan
mencapai persamaan plastic equilibrium dan akan runtuh menurut garis BC’. Pada
keadaan ini, tegangan efektif horizontal adalah
(2.21)
Gambar 2.12 Selubung Mohr-Coulomb untuk tekanan tanah aktif (Das, 2002)
Dapat dilihat pada Gambar 2.12, perubahan tegangan efektif horizontal dari kondisi at
rest, menjadi pada kondisi aktif (saat runtuh), . Dan berdasarkan gambar tersebut
dapat dirumuskan bahwa sebagai fungsi dari i, c’, dan φ. Maka secara umum,
tekanan lateral tanah pada keadaan aktif dapat dituliskan
(2.22)
dimana adalah tekanan lateral tanah dalam keadaan aktif, adalah tekanan vertikal
efektif, c’ adalah kohesi tanah, dan φ’ sudut geser tanah.
24
Dengan demikian dapat dituliskan koefisien tekanan lateral aktif (Ka), sebagai
perbandingan tekanan dalam arah horizontal dan vertikal yaitu:
45 (2.23)
2.6.3.3. Tekanan Tanah Pasif
Bila ditinjau suatu massa tanah seperti pada Gambar 2.11(c), dinding dengan permukaan
licin (frictionless) bergerak dari keadaan diam menuju ke kanan (menuju tanah yang
ditahan). Jika dinding bergerak mendorong tanah (A”B) sejauh ΔLp, maka tanah ABC”
akan mencapai persamaan plastic equilibrium dan akan runtuh menurut garis BC”. Pada
keadaan ini, tegangan efektif horizontal adalah
σh σp (2.24)
Gambar 2.13 Selubung Mohr-Coulomb untuk tekanan tanah pasif (Das, 2002)
Dapat dilihat pada Gambar 2.13, perubahan tegangan efektif horizontal dari kondisi at
rest, menjadi pada kondisi pasif (saat runtuh), . Dan berdasarkan gambar tersebut
dapat dirumuskan bahwa sebagai fungsi dari , c’, dan φ. Maka secara umum,
tekanan lateral tanah pada keadaan pasif dapat dituliskan sebagai berikut:
45 2 45
(2.25)
dimana adalah tekanan lateral tanah dalam keadaan pasif, adalah tekanan vertikal
efektif, c’ adalah kohesi tanah, dan φ’ adalah sudut geser dalam tanah.
25
Dengan demikian dapat dituliskan koefisien tekanan lateral pasif (Kp), sebagai
perbandingan tekanan dalam arah horizontal dan vertikal.
45 (2.26)
2.6.4. Geseran adhesi pada dinding turap
Karena dinding turap tidak licin sempurna maka akan terjadi geseran antara dinding turap
dengan tanah. Adanya gesekan pada dinding turap yang bergerak akan mengakibatkan
pergerakan massa tanah ke bawah pada zona aktif dan ke atas pada zona pasif. Hal ini
mengakibatkan berkurangnya tekanan tanah aktif dan menambah tekanan pasif.
2.6.5. Kekakuan Dinding Turap
Semakin kaku dinding turap maka semakin besar tekanan tanah yang diserap oleh dinding
turap sehingga terjadi bending moment yang lebih besar. Sebaliknya bila dinding turap
flexible maka akan terjadi lendutan di titik dengan bending moment maksimum. Hal ini
mengakibatkan naiknya tegangan yang terjadi pada tekanan tanah pasif.
2.7. Analisis Metoda Element Hingga dengan Software Plaxis
Dalam menggunakan metoda keseimbangan batas dibutuhkan beberapa asumsi seperti
bidang runtuh dan arah keruntuhan tanah. Dengan berkembangnya komputer, metoda
elemen hingga menjadi lebih sering digunakan. Keuntungan dalam menggunakan metoda
ini dibandingkan dengan metoda keseimbangan batas adalah tidak diperlukannya asumsi
dalam menentukan betuk keruntuhan, gaya yang bekerja pada irisan tanah, dan arah
keruntuhan.
Metoda elemen hingga berdasarkan pada tinjauan keseimbangan batas dengan
memodelkan tanah sebagai gabungan dari elemen-elemen. Elemen-elemen tersebut
digabungkan dengan nodal yang menyimpan data-data sifat tanah. Perhitungan deformasi
tanah pada metoda elemen hingga dapat menampilkan bentuk perpindahan, tegangan, dan
regangan pada titik nodal. Dalam analisis stabilitas lereng dan timbunan dapat dilakukan
dalam pemrograman komputer dua dan tiga dimensi.
26
Metoda elemen hingga merupakan metoda yang sangat baik dalam memodelkan perilaku
tanah, tetapi metoda ini juga memberikan kesulitan dalam perhitungan praktis. Pengguna
metoda elemen hingga dituntut untuk memiliki kemampuan dalam perhitungan metoda
numerik. Akibatnya penggunaan metoda elemen hingga kurang popular sampai dengan
berkembanganya komputer dan munculnya software-software geoteknik berbasis metoda
elemen hingga. Software Plaxis merupakan software geoteknik yang dalam analisisnya
menggunakan metoda elemen hinggaMetoda elemen hingga adalah salah satu metoda
pendekatan secara numerik yang menggunakan metoda differential. Metoda ini dengan
dasar teknik yang teliti dapat digunakan untuk menentukan keadaan tegangan dan
perpindahan pada suatu struktur dengan mengetahui karekteristik materialnya.
2.7.1. Tentang Plaxis
Plaxis adalah sebuah paket program yang disusun berdasarkan metode elemen hingga
yang telah dikembangkan sejak tahun 1987 oleh Delf University secara khusus untuk
melakukan analisis deformasi dan stabilitas dalam bidang rekayasa geoteknik. Plaxis
dimaksudkan sebagai suatu alat bantu analisis untuk digunakan oleh ahli geoteknik yang
tidak harus menguasai metode numerik. Umumnya para praktisi menganggap bahwa
perhitungan dengan metode elemen hingga yang non-linier adalah sulit dan
menghabiskan banyak waktu. Dengan adanya program Plaxis ini, permasalahan
geoteknik akan lebih cepat diselesaikan. Akan tetapi, dalam penggunaan software ini
sangat bergantung pada keahlian dari pengguna terhadap pemodelan permasalahan,
pemahamanan terhadap model-model tanah serta keterbatasannya, penentuan parameter-
parameter model, dan kemampuan untuk melakukan interpretasi dari hasil komputasi.
2.7.2. Konsep Dasar Metoda Elemen Hingga
Dalam metoda elemen hingga analisis tegangan-deformasi yang dilakukan dengan cara
membagi media struktur menjadi beberapa elemen dengan batas yang terhubung melalui
titik-titik nodal (notes) dengan batas tertentu. Suatu struktur dapat berupa struktur trails,
yaitu bila komponen struktur merupakan bagian-bagian yang bebas beruhubungan satu
sama lain maupun struktur kontinu. Dalam analisis metoda elemen hingga, Plaxis
membagi (diskrititasi) wilayah model (tanah) menjadi elemen-elemen segitiga dengan 6
27
titik nodal atau 15 titik nodal (Gambar 2.14). Untuk pelat saat elemen tanah dengan 6
buah titik nodal digunakan maka setiap elemen balok akan didefinisikan oleh tiga buah
titik nodal, sedangkan elemen balok dengan 5 buah titik nodal akan digunakan pada
penggunaan elemen dengan 15 titik nodal (Gambar 2.15).
Gambar 2.14 Pembentukan elemen tanah pada Plasxis
Gambar 2.15 Pembentukan elemen pelat pada Plaxis
Dalam metode elemen hingga, harus dipenuhi tiga kondisi, yaitu:
1. Keseimbangan, yaitu keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada setiap elemen.
2. Kompatibilitas, yaitu hubungan regangan dan perpindahan yang berkaitan dengan
geometri lereng dan materialnya.
3. Persamaan konstitutif, yaitu hubungan tegangan-regangan dari material.
Secara umum analisis diselesaikan dengan Persamaan:
(2.27)
dimana adalah matriks gaya, adalah matriks kekakuan element, adalah
matriks perpindahan.
28
2.7.3. Syarat Batas
Syarat merupakan kondisi fisik yang membatasi struktur sehingga sistem tersebut dapat
berdiri sendiri dalam suatu ruang. Syarat batas ini harus ditetapkan untuk menghindari
matriks singular, sehingga perhitungan dapat dilakukan dan besaran-besaran yang dicari
dapat dihitung dan diselesaikan. Syarat batas secara umum dibedakan menjadi:
1. Syarat batas geometri (forced on geometric boundary condition), merupakan
syarat batas yang dinyatakan oleh besarnya peralihan, sperti pada balok di atas
dua perletakan memiliki syarat batas pada kedua ujungnya, yaitu besarnya
peralihan adalah nol.
2. Syarat batas alamiah (natural boundary condition), terjadi jika turunan kedua dari
peralihan adalah nol, seperti pada balok diatas dua perletakan memiliki momen
no pada kedua titik ujungnya, dimana momen merupakan turunan kedua dari
peralihan.
Untuk menggambarkan syarat batas dalam pendekatan metode elemen hingga perlu
dilakuakn modifikasi pada system persamaan yang telah diperoleh. Persamaan gabungan
yang telah dimodifikasi dapat dinyatakan:
(2.28)
dimana matriks tersebut merupakan persamaan yang telah dimodifikasi dengan syarat
batas.
2.7.4. Penyelesaian Metoda Elemen Hingga
Dasar dalam penyelesaian metoda elemen hingga adalah dengan menggunakan hubungan
antara regangan, perpindahan, dan tegangan dari setiap titik serta faktorbentuk dari setiap
elemen. Adapun hubungan antara matriks regangan dan perpindahan adalah:
(2.29)
dimana adalah vektor tegangan , , , , adalah matriks regangan,
dan u, v adalah perpindahan titik nodal arah x dan y.
Sedangkan hubungan antara tegangan dan regangan adalah:
(2.30)
29
dimana:
E = Modulus Young
v = poisson ratio
2.7.5. Pemodelan Material
Model material merupakan suatu persamaan matematis yang menyatakan hubungan antar
tegangan dan regangan. Model material seringkali dinyatakan dalam bentuk dimana suatu
perubahan tegangan dihubungkan dengan suatu perubahan regangan tertentu. Seluruh
model material di dalam Plaxis didasarkan pada suatu hubungan antara perubahan
tegangan efektif ( ’) dan perubahan regangan ( ) yang dapat ditulis:
(2.31)
dimana M adalah matriks kekakuan material, adalah tegangan efektif, dan adalah
regangan.
Tetapi untuk kondisi plane strain dan axisymmetry, seperti yang dimodelkan dalam
Plaxis, hanya empat komponen saja yang diperlukan karena , , , ,
memiliki nilai nol. Komponen tegangan normal yang bernilai positif dianggap tarik
(tension)Komponen tegangan normal yang bernilai negatif dianggap tekan (compression).
Sementara untuk komponen regangan normal yang bernilai positif dianggap mengalami
dilatasi (mengembang), sedangkan yang bernilai negatif dianggap mengalami kompaksi
(mengecil).
Gambar 2.16 Sistem koordinat umum tiga dimensi dan
perjanjian tanda untuk tegangan (Brinkgreve dan Vermeer, 1998)
30
2.7.6. Regangan Elastis
Model material yang paling sederhana dalam Plaxis didasarkan pada hukum Hooke untuk
perilaku elastis linier isotropis. Model ini dinamakan sebagai model Linier Elastis, namun
model ini juga menjadi dasar dari model-model yang lain. Hukum Hooke dapat
dinyatakan dengan persamaan :
(2.32)
Matriks kekakuan elastis dari material seringkali dinotasikan sebagai De. Dua buah
parameter yang digunakan dalam model ini, yaitu modulus Young (E’) dan angka Poison
efektif (v’). Hubungan antara modulus Young (E’) dengan modulus-modulus kekakuan
yang lain, seperti modulus geser (G), dan modulus bulk (K) adalah:
(2.33)
(2.34)
(2.35)
Plaxis menyarankan untuk menggunakan shear modulus sebagai parameter model
dibandingkan dengan modulus Young dan modulus Bulk. Akan tetapi dalam input data,
nilai modulus Young (E) tetap akan ditampilkan (dihitung) dengan menggunakan rumus
diatas.
Plaxis memungkinkan juga untuk membuat model elastic dimana kekakuannya berubah
secara linier terhadap kedalaman, yaitu dengan memasukkan nilai negatif untuk shear
modulus. Dalam hal ini Plaxis menerjemahkan input shear modulus (Ginput) sebagai
konstanta non-dimensional dan mengambil nilai shear modulus (Gaktual) pada titk dalam
mesh dengan menggunakan persamaan:
(2.36)
31
dimana c adalah nilai kohesi tanah yang dimasukkan. Gradien nilai yang diperlukan oleh
shear modulus didapat dengan memasukkan nilai c-layer dan c-depth. Kohesi tidak
memiliki arti fisik untuk pemodelan elastic sehingga prosedur diatas tidak mengganggu
pemodelan.
Model elastik ini kurang cocok untuk memodelkan tanah yang bersifat sangat non-linear,
tidak seperti pelat dan dinding beton yang memiliki kekakuan jauh lebih besar daripada
tanah. Model elastik biasanya disatukan dengan model non-porous untuk mengabaikan
tekanan air pori dalam elemen struktur tersebut.
2.7.7. Parameter Dasar dalam Model Mohr-Coulomb
Model Mohr-Coulomb membutuhkan total lima buah parameter, yang umum digunakan
oleh para praktisi geoteknik dan dapat diperoleh dari uji-uji yang umum dilakukan di
laboratorium. Parameter-parameter tersebut bersama satuan dasarnya adalah Modulus
Young (E), angka Poisson (v), sudut geser (φ), kohesi (c), sudut dilatansi (ψ)
2.7.7.1. Modulus Kekakuan
Plaxis menggunakan modulus Young sebagai modulus kekakuan dasar dalam model
Mohr-Coulomb. Modulus kekakuan yang digunakan dalam suatu perhitungan
memerlukan perhatian khusus karena kebanyakan material tanah menunjukkan perilaku
yang non linier dari awal pembebanan. Dalam mekanika tanah, kemiringan awal dari
kurva tegangan-regangan umumnya dinotasikan sebagai E0 dan modulus sekan pada 50%
kekuatan dinosikan sebagai E50 (Gambar 2.17). Untuk material dengan rentang elastisitas
linier yang lebar maka penggunaan E50 adalah realistis, tetapi untuk masalah pembebanan
pada tanah, umumnya digunakan E50. Pada pengurangan beban, seperti pada kasus
terowongan dan galian, perlu digunakan Eur dan bukan E50.
32
Gambar 2.17 Definisi E0 dan E50 untuk hasil uji triaksial terdrainase standar
Untuk tanah, modulus pengurangan beban Eur dan modulus pembebanan E50 cenderung
semakin meningkat terhadap peningkatan tekanan keliling (confining pressure) yang
bekerja. Karena itu, lapisan tanah yang dalam cenderung mempunyai kekakuan yang
lebih tinggi dibandingkan dengan lapisan tanah yang dangkal. Terlebih lagi, kekakuan
dari tanah bergantung pada lapisan tegangan yang dilalui. Kekakuan akan jauh lebih
tinggi untuk kasus pengurangan beban dibandingkan dengan kasus peningkatan
pembebanan. Selain itu, kekakuan tanah yang dinyatakan dengan modulus Young dapat
lebih rendah pada kasus pembebanan (terdrainase) dibandingkan pada kasus penggeseran.
Karena itu, saat menggunakan modulus kekakuan yang konstan untuk menyatakan
perilaku tanah perlu ditentukan sebuah nilai yang konsisten terhadap tingkat tegangan dan
lintasan tegangan yang dilalui. Perhatikan bahwa perilaku tanah yang tergantung dari
tegangan yang bekeerja telah diikutsertakan dalam model tingkat lanjut dalam Plaxis.
Untuk model Mohr-Coulomb, Plaxis menawarkan sebuah pilihan khusus untuk masukan
nilai kekakuan yang meningkat terhadap kedalaman.
2.7.7.2. Angka Poisson (v)
Uji triaksial terdrainase standar dapat menghasilkan pengurangan volume yang signifikan
pada awal pemberian beban aksial, yang menghasilkan konsekuensi berupa nilai angka
Poisson awal (vo) yang rendah. Pada beberapa kasus, khususnya pada masalah
pengurangan beban, mungkin realistis untuk menggunakan nilai awal yang rendah, tetapi
pada penggunaan model Mohr-Coulomb, secara umum direkomendasikan menggunakan
nilai yang tinggi.
Penentuan
digunakan
perhitungan
realistis dar
σh / σv = ν
menghasilk
dievaluasi d
berkisar an
kompresi s
lainnya. Na
antara 0.15
2.7.7.3. Ko
Kekuatan b
kohesif (c =
ini, penggu
untuk kohe
suatu lapisa
2.7.7.4. Sud
Nilai sudut
seperti pad
Gamb
me
angka Poiss
untuk pembe
n plastis). U
ri K0 = σh / σ
/ (1 – ν) un
kan nilai K0
dengan menc
ntara 0.3 da
satu dimens
amun untuk
5 dan 0.25.
ohesi (c)
berupa kohes
= 0), tetapi b
una yang belu
esi (gunakan
an tanah dim
dut geser (φ
t geser, φ (
da pasir padat
bar 2.18 Ling
enyentuh gar
son cukup se
ebanan grvit
Untuk pembe
σv. Karena ke
ntuk kompre
yang realist
cocokkan nil
an 0.4. Um
i, tetapi jug
kasus pengu
si mempuny
beberapa pili
um berpenga
c > 0.2 kPa
mana nilai koh
φ)
(phi), dimasu
t, akan meng
gkaran-lingka
ris keruntuha
ederhana jika
tasi (dengan
banan sepert
edua model t
esi satu dime
is dapat den
lai K0. Dalam
mumnya, nila
ga juga dapa
urangan beba
ai satuan teg
han akan ber
alaman disar
a). Plaxis jug
hesi meningk
ukkan dalam
gakibatkan pe
aran teganga
an Coulomb
a model elast
meningkatka
ti ini Plaxis
tersebut akan
ensi, maka p
ngan mudah
m banyak kas
ai tersebut
at digunakan
an, lebih um
gangan. Plax
rjalan kurang
rankan untuk
ga memiliki p
kat terhadap
m satuan der
eningkatan b
an saat menga
(Brinkgreve
tis atau mod
an ΣMweigh
harus memb
n menghasilk
penentuan an
dilakukan. K
sus akan dipe
tidak hanya
n untuk kon
mum untuk m
xis dapat men
g baik. Untuk
k memasukka
pilihan khusu
kedalaman (
rajat. Sudut g
beban kompu
alami leleh s
e dan Verme
el Mohr-Cou
ht dari 0 ke 1
berikan rasio
kan nilai rasi
ngka Poisson
Karena itu n
eroleh nilai v
a digunakan
ndisi pembe
menggunakan
nangani pasir
k menghinda
an nilai yang
us untuk ma
(lihat Bab 3.
geser yang t
utasi plastis.
satu lingkaran
eer, 1998)
33
ulomb
1 pada
o yang
io dari
n yang
nilai v
v yang
pada
banan
n nilai
r non-
ari hal
g kecil
asukan
4).
tinggi,
n
Waktu kom
Karena itu,
untuk suatu
pada Gamb
kriteria lele
2.7.7.4. Sud
Sudut dila
terkonsolid
sama sekal
sudut geser
Walaupun
kurang dar
sangat lepa
2.8. Perhi
Suatu anal
kekuatan d
perhitungan
faktor keam
Dalam pen
akan dired
juga akan d
dan jangka
untuk men
analisis, ya
mputasi akan
, sudut geser
u proyek tert
mbar 3.5 den
eh yang lebih
dut dilatansi
atansi, ψ
dasi sangat be
i (yaitu ψ =
rnya. Untuk
demikian, d
ri 30. Nilai n
as.
itungan Fa
lisis keaman
dari tanah. P
n tersendiri.
manan global
ndekatan Red
duksi hingga
direduksi den
ar tidak dipen
ndefinisikan
aitu :
n meningkat
r yang tinggi
tentu. Sudut
ngan menggu
h umum ditu
(ψ)
(psi), dinya
erlebih, tanah
= 0). Dilatans
pasir kwarsa
dalam kebany
negatif yang
ktor Keam
nan dalam P
Proses ini d
Reduksi ph
l.
duksi phi-c, p
a keruntuhan
ngan cara ya
ngaruhi oleh
parameter
kurang-lebih
i sebaiknya d
geser akan m
unakan ling
unjukkan pad
atakan dalam
h lempung c
si dari tanah p
a besarnya d
yakan kasus
g kecil untuk
manan (φ - c
Plaxis dapat
disebut seba
hi-c harus d
parameter kek
n tercapai. K
ang sama. K
h Reduksi ph
kekuatan ta
h secara ekpo
dihindari saa
menentukan
karan tegan
da Gambar 3.
m derajat.
cenderung tid
pasir bergant
dilatansi kura
sudut dilata
k ψ hanya re
c Reduction
dilakukan
agai Reduksi
dipilih jika d
kuatan tan φ
Kekuatan dar
ekuatan dari
hi-c. Faktor p
anah pada s
onensial terh
t melakukan
kuat geser se
ngan Mohr.
2.
Selain tanah
dak menunjuk
tung pada ke
ang lebih ada
ansi adalah n
ealistis untuk
n)
dengan mer
i phi-c dan
diinginkan u
φ dan c dari
ri antarmuka
i obyek struk
pengali total
suatu tahapa
hadap sudut
n perhitungan
eperti ditunju
Representas
h lempung
kkan dilatan
epadatan sert
alah ψ ≈ φ
nol untuk ni
k tanah pasir
reduksi para
merupakan
untuk mengh
i tanah selanj
a, jika digun
ktural seperti
ΣMsf digu
an tertentu d
34
geser.
n awal
ukkan
si dari
yang
si
ta
– 30.
ilai φ
r yang
ameter
jenis
hitung
jutnya
nakan,
i pelat
unakan
dalam
(2.37)
dimana pa
dimasukkan
direduksi y
agar seluru
Perhitungan
langkah. Pe
reduksi ke
diatur ke 0
selanjutnya
digunakan.
besar hing
apakah lan
ini terjadi,
Jika mekan
diulang kem
arameter kek
n dalam set d
yang digunak
uh kekuatan m
n Reduksi
eningkatan f
ekuatan dari
0.1, yang um
a akan dired
Secara pra-
gga 1000 da
gkah terakhi
maka faktor
nisme keruntu
mbali dengan
kuatan denga
data material
kan dalam an
material diatu
phi-c dilak
faktor penga
langkah pe
mumnya meru
duksi secara
-pilih, jumlah
apat digunak
ir telah sepen
keamanan y
uhan belum
n jumlah lan
an subscript
l dan supersc
nalisis. Nilai
ur ke nilai ya
kukan denga
ali Msf digun
erhitungan p
upakan nilai
a otomatis h
h langkah ta
kan jika mem
nuhnya meng
yang diberika
sepenuhnya
gkah tambah
t 'masukan'
cript 'reduksi
ΣMsf diatur
ang belum di
an prosedur
nakan untuk
pertama. Pen
awal yang m
hingga selur
ambahan ada
mang diperl
ghasilkan me
an adalah :
terbentuk, m
han yang lebi
mengacu pa
i' mengacu p
r ke 1.0 pada
ireduksi.
r Peningkata
menentukan
ningkatan in
memadai. Pa
ruh Langkah
alah 30, tetap
lukan. Harus
ekanisme ke
maka perhitun
ih besar.
ada properti
pada nilai yan
a awal perhitu
an beban ju
n peningkata
ni secara pra
arameter kek
h tambahan
pi nilai yang
s selalu dip
eruntuhan. Jik
ngan harus
35
yang
ng
ungan
umlah
an dari
a-pilih
kuatan
telah
g lebih
eriksa
ka hal
(2.38)
Bab ini me
pada proye
Bab ini me
dari data la
3.1. Data
Studi kasu
struktur pe
Permasalah
perkuatan s
(sheetpile d
Gambar 3.1
Awal sunga
enyajikan stu
ek pembangu
engungkapka
apangan.
Teknis
s pada penu
erkuatan teb
h yang ditin
standar (shee
dan tiang mi
1.
perkuatan ai
ST
udi kasus pad
unan struktu
an data tekn
ulisan tugas
bing Sungai
njau yaitu
etpile, pile d
iring). Loka
Gamb
Arah alir
Jalan
36
BAB I
TUDI K
da penulisan
ur perkuatan
nis struktur
akhir ini me
i Kayan Ka
stabilitas te
dan tie rod),
si perkuatan
ar 3.1 Daera
ran
Perkusunga
III
KASUS
n tugas akhir
tebing Sung
perkuatan S
engambil dat
abupaten Bu
ebing sunga
dan stabilita
n tebing sung
ah lokasi stud
SUNKAYA
uatan ai
r. Studi kasu
gai Kayan K
Sungai Kaya
ta pada proy
ulungan, Ka
ai existing,
as dengan al
gai tersebut
di
NGAIAN
Aksu
us mengambi
Kalimantan T
an dan interp
yek pembang
alimantan T
stabilitas d
lternatif perk
dapat dilihat
khir perkuatungai
Tanjung Selor
il data
Timur.
pretasi
gunan
Timur.
dengan
kuatan
t pada
an
37
Sungai Kayan merupakan salah satu sungai besar di Kalimantan dan menjadi sarana
lalulintas darat selain jalan. Sungai Kayan memiliki karekteristik arus yang deras dan
sedimentasi yang tinggi. Arus Sungai Kayan yang deras menyebabkan gerusan pada sisi
kanan dan kiri sungai khususnya ketika alur sungai mengalami perubahan arah atau
berbelok.
Perkuatan tebing sungai terletak di Kecamatan Tanjung Selor yang berada dekat dengan
laut sehingga lapisan tanah umunya berupa pasir. Sifat dari tanah pasir yang mudah lepas
menyebabkan tebing sungai lebih gampang mengalami gerusan atau erosi yang mengikis
tanah disisi sungai. Adapun akibat berada di dekat laut, muka air sungai juga terpengaruh
oleh pasang surut air laut. Bila terjadi penurunan muka air secara tiba-tiba (rapid drow
down), dapat menyebabkan pergerakan air tanah (seepage) menuju sungai dan
peningkatan tekanan lateral tanah yang menurunkan angka keamanan. Kondisi ini
menjadi berbahaya untuk tanah pasir disebabkan tingginya nilai koefisien permeabilitas
pasir yang dapat meningkatkan gaya yang mendorong tanah ke sungai.
Pada sisi kiri sungai terdapat infrastruktur jalan raya sehingga perkuatan tebing sungai
menjadi sangat penting untuk melindungi jalan raya dari gerusan arus sungai (Gambar
3.2). Beberapa bagian dari jalan raya juga telah mengalami gerusan yang memakan badan
jalan khususnya pada bagian dimana aliran sungai berbelok.
Gambar 3.2 Kondisi eksisting
Pemerintah Kabupaten Bulungan telah melakukan antisipasi dengan melakukan desain
perkuatan tebing sungai dengan menggunakan perkuatan sheetpile dan batu bronjong
sepanjang 2.3 km dan pada beberapa titik awal telah dilakukan pemasangan perkuatan
(Gambar 3.4). Karena telah terjadi gerusan yang cukup banyak sepanjang aliran sungai
38
dan memakan badan jalan, Pemerintah Kabupaten Bulungan dalam desainnya melakukan
penimbunan pada beberapa titik dengan tinggi dan lebar timbunan mencapai 7 meter.
Tanah timbunan diambil dari hasil pengerukan sedimentasi Sungai Kayan yang
dipadatkan. Volume timbunan yang tinggi tersebut dapat meningkatkan gaya horizontal
yang mendorong tanah ke arah sungai.
Gambar 3.3 Kondisi setelah sheetpile yang telah dipasang
Penulis melakukan analisis terhadap desain awal berupa perkuatan sheetpile standar.
Untuk alternatif solusi penulis melakukan analisis dengan perkuatan berupa sheetpile
dengan tiang miring.
Gambar 3.4 Desain awal perkuatan tebing Sungai Kayan
3.2. Pengumpulan dan Interpretasi Data
Data yang didapatkan penulis dari proyek perkuatan tebing Sungai Kayan berupa data
enam buah titik uji Cone Penetrometer Test, peta kontur asli Sungai Kayan, dan 44
gambar potongan profil desain perkuatan Sungai Kayan.
39
3.2.1. Pembuatan profil dan lapisan tanah
Pembutan profil tanah ditentukan dari peta kontur asli Sungai Kayan yang kemudian
diintepretasikan sebagai profil tanah yang sebenarnya. Dari garis-garis kontur dan
ketinggian titik dari peta kontur, penulis melakukan interpolasi, ekstrapolasi, dan
aproximasi untuk menggambarkan profil tanah yang mendekati kondisi sebenarnya.
Adapun peta kontur asli Sungai Kayan dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Identifikasi dan klasifikasi jenis lapisan tanah ditentukan dari analisis data penyelidikan
lapangan yaitu data penyelidikan Cone Penetrometer Test. Hal ini disebabkan tidak
didapatkannya data deskripsi tanah dari boring atau pengambilan sampel tanah di
lapangan.
+3.226
0+150+9.987
0+200+10.004
0+250+10.002
P1
0+300+10.004
0+350+10.002
1+9.878
0+100+9.928
0+050+9.914
P0+10.000
3+9.535
4+9.402
5+9.669
7+9.685
Jl. Pa
dat Ka
rya
Jl. M. Tayib
P2+9.8846
+9.513
0+400+9.985
0+450+9.974
0+500+9.946
0+550+9.951
0+600+10.042 P3
8+9.589
10+9.378
11+9.536
0+650+9.994
0+700+9.909
12+9.500
13+9.573
0+800+9.920
0+750+9.895
0+850+9.848
0+900+9.821
P4
P5+10.324
P6
0+950+9.793
1+000+9.736
1+050+9.823
1+100+9.790
1+150+9.796
14+9.677
15+9.654
16+9.484
17+9.619
18+9.487
19+9.704
20+9.669
21+9.368
22+9.596
SUNGAI KAYAN
1+200+9.816
1+250+9.819
1+300+9.840
P7
24+9.683
P8+9.782
1+350+9.665
1+400+9.751P9+9.590
1+450+9.684P10
P11
23+9.538
25+9.972
26+9.942
27+9.421
28+9.222
29+9.266
30+9.293
1+500+9.526
1+550+9.526
1+600+9.497
P13P12
1+650
+9.615
1+700+9.486
1+750+10.235
31+9.413
32+9341
33+9.240
34+9.494
P14
35+9.299
1+800+9.680
P15
1+850+9.785 1+900
+9.5882+000
+9.551
1+950+10.039
2+050+9.533 2+100
+9.721
P16
36+9.242
37+9.573 38
+9.24739
+9.18240
+9.400
2+150+9.668
2+200+9.591 2+250
+9.507
P17
2+325+9.710
2+300+9.648
41+9.435
42+9.320
TIT
IK
AKHIR
PENGUK
URAN
STA 2
+ 3
25
+3.226+2.626+2.826
+3.726
+2.326
+5.926+2.826
+4.126
+1.926
+5.826
+1.726
+0.926
+6.926
+6.426
+7.926+6.426
+0.726
+5.926+5.526
+4.926
+5.526
+4.926+5.026
+5.426 +4.726
+4.926+4.826 +4.626
+4.826+5.026
+5.926+0.426
+4.426+4.326
+5.226+4.426
+5.926
+4.626
+6.426
+4.626
+6.926 +4.226
+6.426 +4.226+3.926
+4.426+4.826
+4.626
+4.126+4.726
+4.226
+4.326
+4.726
+4.426
+4.926
+5.126+5.126
+4.226
+5.126+4.626
+4.326
+4.526
+4.326
+4.426 +4.826
+4.226+4.526
+5.226
+4.126
+4.826+4.626
+3.926+3.826
+4.026
+4.426
+5.126
+4.626
+3.626
+4.726
+3.326+5.126
+4.026
+3.126
+4.126
+2.826+4.226
+4.426
+3.526
+3.426+4.126
+4.826+5.926
+3.726
+4.226
+2.726
+3.826
+2.426
+3.926
+5.426
+3.226
+4.00
0+5
.000
+6.00
0
+3.00
0
+7.00
0+8
.000
+9.00
0
+4.00
0+5.00
0+6.00
0
+3.00
0
+7.00
0+8
.000
+9.00
0 +4.00
0
+5.00
0
+4.00
0+5.00
0+6
.000
+7.00
0
+4.000
+5.000
+6.000+3.000
+7.000
+8.000
+9.000
+5.526
9+9.819
+4.126
Dari tren grafik data CPT pengklasifikasian tanah menunjukkan tanah pasir (sandy soils)
umumnya memiliki nilai cone resistance (qc) yang tinggi dan friction ratio (Fr) yang
rendah; tanah lempung lunak (soft clay soils) menunjukan nilai cone resistance rendah
dan friction ratio tinggi; tanah organic seperti gambut (peat) memiliki nilai cone
resistance sangat rendah dan friction ratio tinggi; sedangkan tanah overconsolidated
cenderung menunjukkan nilai cone resistance dan friction ratio yang lebih tinggi.
Robertson dan Campanella (1983) telah memberikan grafik dua dimensi untuk
mengklasifikasikan tanah dari data cone resistance dan friction ratio. Grafik tersebut
Gambar 3.5 Peta kontur asli Sungai Kayan
memberika
pengeboran
pada Gamb
Dalam men
grafik ters
menentuka
juga denga
grafik data
Gambar
3.2.2. Pene
Untuk men
Plaxis, mak
Dalam men
tanah untuk
jenis tanah
menggunak
penentuan
an korelasi
n dan pengal
bar 3.2.
nggunakan k
ebut mengk
an lapisan-lap
an melakuka
CPT di lapa
3.6 Korelasi
entuan para
ndapatkan n
ka digunakan
netukan bera
k tanah jenuh
h tersebut,
kan pendeka
lapisan dan k
langsung da
laman. Adap
korelasi ters
korelasikan l
pisan tanah t
n judgement
angan.
i antara qc, F
ameter tanah
nilai dari par
n beberapa ta
at jenis tanah
h dan tidak j
penulis me
atan terhadap
klasifikasi ta
ari data CP
pun grafik ko
ebut penulis
lapisan tanah
tidak hanya b
t terhadap pe
Fr, dan jenis t
h
rameter-para
abel, grafik d
h, Coduto tel
enuh yang d
enentukan b
p besaran be
anah sebelum
PT dengan j
orelasi qc, Fr
s berusaha u
h secara um
berpatokan p
ergerakan (tr
tanah (Rober
ameter tanah
dan persamaa
lah memberi
ditunjukkan p
esarnya nila
erat jenis tan
mnya.
jenis tanah
r, dan jenis t
untuk berhati
mum (Bowle
pada grafik k
rend) dari n
rtson dan Ca
h sebagai da
an korelasi.
ikan beberap
pada Tabel 3
ai berat jen
nah secara u
berdasarkan
tanah dapat d
i-hati dikare
es, 1997). P
korelasi mela
ilai qc dan F
mpanela, 19
ata input sof
pa nilai berat
.1. Dari data
nis tanah d
umum berdas
40
n data
dilihat
nakan
enulis
ainkan
Fr dari
83)
ftware
t jenis
a berat
dengan
sarkan
41
Untuk menentukan nilai kuat geser undrained (cu) untuk tanah kohesif (lempung)
digunakan persamaan korelasi:
(3.1)
dimana Nk adalah cone factor (Nk = 15 untuk electric cone dan Nk = 20 untuk mechanical
cone)
Tabel 3.1 Berat jenis tanah (Coduto, 2001)
Tipe Tanah Berat Jenis tanah γ
di atas muka air tanah (KN/m3)
di bawah muka air tanah (KN/m3)
Poorly-graded gravel 17.5-20.5 19.5-22.0 Well-graded gravel 17.5-22.0 19.5-23.5 Silty gravel 16.0-20.5 19.5-22.0 Clayey gravel 16.0-20.5 19.5-22.0 Poorly-graded sand 15.0-19.5 19.0-21.0 Well-graded sand 15.0-21.0 19.0-23.0 Silty sand 12.5-21.0 17.5-22.0 Clayey sand 13.5-20.5 17.5-21.0 Low plasticity silt 11.5-17.5 12.5-20.5 High plasticity silt 11.5-17.5 11.5-20.5 Low plasticity clay 12.5-17.5 11.5-20.5 High plasticity clay 12.5-17.5 11.0-19.5
Selain dari persamaan tersebut juga digunakan tabel korelasi antara konsistensi lempung
dengan nilai kuat geser undrained yang dapat dilihat pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Hubungan antara konsistensi dari tanah kohesif dan kuat geser undrained
(Terzaghi dan Peck,1997 dan ASTM D2488-90)
Consistency Undrained shear strength, Cu (kPA)
Very Soft <12 Soft 12-25 Medium 25-20 Stiff 50-100 Very Stiff 100-200 Hard >200
42
Untuk menentukan nilai sudut geser (φ’) untuk tanah non-kohesif (pasir) digunakan
hubunganan antara tegangan vertikal evektif dan cone resistance yang ditunjukkan oleh
Gambar 3.3. Hubungan tersebut juga dapat ditunjukkan dengan persamaan:
(3.2)
dimana qc adalah cone resistance dan σ’o adalah tegangan vertikal efektif.
Gambar 3.3 Korelasi antara sudut geser φ’ dan qc (Robertson dan Campanella, 1983)
Selain dengan menggunakan tabel dan grafik korelasi, Tomlison telah memberikan nilai
sudut geser untuk berbagai jenis tanah. Harga sudut geser untuk berbagai jenis tanah
dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 3.3 Nilai sudut geser beberapa jenis tanah (Tomlinson, 2004)
Jenis Tanah Sudut geser Loose gravel with low sand content 28–30 Medium dense gravel with low sand content 30–36 Dense to very dense gravel with low sand content 36–45 Loose well-graded sandy gravel 28–30 Medium-dense well-graded sandy gravel 30–36 Dense well-graded sandy gravel 36–45 Loose clayey sandy gravel 28–30 Medium-dense clayey sandy gravel 30–35 Dense to very dense clayey sandy gravel 35–40
43
Loose coarse to fine sand 28–30 Medium-dense coarse to fine sand 30–35 Dense to very dense coarse to fine sand 35–40 Loose fine and silty sand 28–30 Medium-dense fine and silty sand 30–35 Dense to very dense fine and silty sand 35–40
Dalam analisis tegangan dan deformasi, Bowles telah memberikan beberapa persamaan
untuk mengkorelasikan antara data CPT dan nilai modulus elastisitas yang dapat dilihat
pada Tabel 3.4. Selain itu untuk bahan pertimbangan diberikan juga beberapa nilai Es
oleh Das untuk beberapa jenis tanah pada Tabel 3.5.
Tabel 3.4 Persamaan untuk Modulus Elastisitas dalam kPa (Bowles, 1996)
Tanah CPT
Sands (normally consolidated) Es = (2 to 4)qu
Es = 8000 √qc
Sands (saturated)
Es = Fqc
e = 1.0 F = 3.5
e = 0.6 F = 7.0
Sands (overconsolidated) Es = (2 to 4)qc
Clayey sand Es = (3 to 6)qc
Silts, sandy silt, or clayey silts Es = (1 to 2)qc
Soft clay or clayey silt Es = (3 to 8)qc
Tabel 3.5 Beberapa Nilai Es dan v (Das, 2004)
Jenis Tanah Es (103 kN/m3) v Loose sand 10.5-24.0 0.20-0.40 Medium dense sand 17.25-27.60 0.25-0.40 Dense sand 34.50-55.20 0.30-0.45 Silty sand 10.35-17.25 0.20-0.40 Sand and gravel 69.00-172.50 0.15-0.35 Soft clay 4.1-20.7 0.20-0.50 Medium clay 20.7-41.4 0.20-0.50 Stiff clay 41.4-96.6 0.20-0.50
Berikut juga ditunjukkan juga nilai angka Poisson ratio pada Tabel 3.5 dan koefisien
permeabilitas pada Tabel 3.6 untuk berbagai jenis tanah.
44
Tabel 3.6 Nilai koefisien permeabilitas (Das, 2002)
Jenis Tanah k (cm/s) Clean gravel 100-1.0 Coarse sand 1.0-0.01 Fine sand 0.01-0.001 Silty clay 0.001-0.00001 clay <0.000001
3.2.3. Penentuan parameter struktur perkuatan
Dalam pemodelan struktur perkuatan, parameter yang diperlukan sebagai berikut:
1. Beam
a. Normal stiffness (EA)
b. Flexural rigidity (EI)
c. Equivalent thickness (d), dihitung dengan menggunakan persamaan
12
d. Weight (w)
e. v (poisson ratio)
2. node to node anchor
3. geotextile
3.3. Kondisi tanah
Setelah dilakukan pengumpulan dan itepretasi data lapangan, secara umum kondisi
pelapisan tanah antara lain:
• tanah lempung sangat lunak (very soft clay) sampai kedalaman 2 hingga 4 meter
di bawah permukaan tanah
• tanah pasir kelanauan (silty sands) pada kedalaman 2 hingga 7 meter di bawah
permukaan tanah
• dan tanah pasir (sands) pada kedalaman lebih dari 6-7 meter dibawah permukaan
tanah
45
3.4. Analisis Menggunakan Software Plaxis
Dalam analisis menggunakan software Plaxis terdiri dari tiga tahapan, yaitu tahap data
masukan (input), tahap kalkulasi, dan tahap keluaran (output).
3.4.1. Tahap data masukan (Input)
Untuk memperoleh hasil analisis metoda elemen hingga yang akurat diperlukan
pemodelan tanah yang sesuai dengan keadaan sesungguhnya di lapangan. Adapun data
masukan dalam software Plaxis adalah sebagai berikut:
1. Data masukan perlapisan tanah. Parameter tanah ditentukan dari interpretasi hasil
penyelidikan tanah
2. Data masukan struktur perkuatan. Pemodelan struktur perkuatan menggunakan
model beam, tie rod, dan geotextile.
3. Data masukan kondisi muka air tanah. Pada software Plaxis kondisi muka air
tanah terdapat pada opsi initial condition, dimana pada tahap input muka air
tanah yang dimasukkan dapat diganti-ganti pada tahap kalkulasi jika diperlukan.
3.4.2. Tahap Kalkulasi
Perhitungan pada software Plaxis dilakukan dengan tahap calculation, yaitu sebagai
berikut:
1. Pada initial condition merupakan kondisi pada saat beban belum bekerja dan
struktur perkuatan belum dipasang. Deformasi yang dihitung merupakan akibat
beban berat sendiri. Pada kondisi ini diset gravity loading dikarenakan
permukaan tanah yang tidak horizontal maka perhitungan Ko-Prosedur tidak
dihitung.
2. Pada proses kalkulasi selanjutnya calculation type yang digunakan adalah stage
construction. Pada tahap ini ΣMweight = 1.00, sedangkan parameter ΣMload
(beban) diaktifkan pada tahap beban dianggap sudah bekerja.
3. Pada perhitungan deformasi tanah dan perpindahan total, digunakan opsi load
advancement ultimate level. Masukan parameter pada additional step merupakan
jumlah langkah iterasi maksimum. Iterasi yang dilakukan akan berhenti bila
46
struktur telah mengalami keruntuhan sehingga perpindahan total yang
ditampilkan adalah perpidahan total pada kondisi runtuh.
4. Analisis angka keamanan pada lereng terdapat pada prosedur manual control
load advancement number of step dengan opsi Phi-C reduction yang tersedia
pada perhitungan kondisi plastis. Software Plaxis akan mereduksi parameter kuat
geser φ dan c secara bertahap (iterasi) sampai terjadi keruntuha, termasuk juga
mereduksi terhadap interface tanah. Pada kondisi ini terjadi keseimbangan gaya
yang meruntuhkan dan gaya yang menahan dari kuat geser dari lereng tersebut.
3.4.3. Tahap keluaran (Output)
Hasil yang diperoleh dari proses kalkulasi dengan metoda elemen hingga berupa:
1. Kalkulasi angka keamanan yang dilihat pada kurva ΣMsf vs displacement
2. Deformasi tanah dan struktur perkuatan (total displacement)
3. Gaya-gaya yang bekerja pada stuktur perkuatan, yaitu axial force, shear force,
dan bending moment.
79
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis pada lereng tanpa perkuatan dengan menggunakan metoda
elemen hingga menunjukkan bahwa tebing sungai membutuhkan perkuatan untuk
melindungi lereng dari gerusan sungai dan beban lalu lintas. Terjadinya kelongsoran
menyebabkan perubahan dari kontur tanah, sehingga volume timbunan dari desain semula
menjadi lebih besar. Perubahan jumlah volume menyebabkan peningkatan bending
moment yang terjadi pada sheetpile, sehingga perlu dilakukan pengecekan terhadap
desain perkuatan standar. Dari hasil analisis dengan metode elemen hingga untuk tebing
sungai dengan perkuatan standar didapat bahwa untuk lebar timbunan yang tidak lebih
dari 5 m memberikan angka keamanan lebih dari 1.5 dan bending moment yang terjadi
pada sheet pile kurang dari cracking moment maksimum. Nilai tersebut dipandang aman
untuk mencegah kelongsoran dan memberikan stabilitas.
Untuk studi analisis ini diusulkan alternatif desain dengan menggunakan perkuatan
sheetpile dan tiang miring. Alternatif perkuatan tersebut juga mampu memberikan angka
keamanan lebih dari 1.5 dan bending moment yang terjadi pada sheetpile kurang dari
cracking moment maksimum.
5.2. Saran
Hasil analisis dengan metode elemen hingga akan lebih baik apabila menggunakan
elemen dengan 15 titik nodal dan dilakukan pengambilan sample tanah untuk dilakukan
uji laboratorium.
xv
DAFTAR PUSTAKA
Abraham, L. W. Leee T.S., Sharma S., dan Boyce G.M., Slope Stabilty and
Stabilization Methods, John Wiley and Sons, Inc. New York, 1996
Bowles, Joseph E, Foundation Analysis and Design, Fifth Edition, Mc Graw Hill
International, 1996
Brinkgreve, R. B. J., dan Vermeer, P.A., Plaxis, Finite Element Code for Soil and
Rock Analysis Version 7. A.A. Balkema/Rotterdam/Brookfield, 1998
Coduto, Donald P. Foundation Design Principles and Practice. Prentice Hall.
New Jersey. 2001
Das, Braja M. Principles of GeoTechnical Engineering.Brooks/Cole. Pacific
Grove, CA. 2002.
Das, Braja M. Foundation Engineering. Brooks/Cole. Pacific Grove, CA. 2004
Duncan, J. M., and Buchignani, A. L. An Engineering Manual for Stability
Studies. Civil Engineering 270B, University of California, Berkeley, CA. 1975.
Duncan, J Michael dan Stephen G. Wright. Soil Strength and Slope Stability. John
Wiley and Sons, Inc. New Jersey. 2005
Geoscience Australia. http://www.ga.gov.au/hazards/landslide/. 2008
Hammah, Reginald dan kawan-kawan. A Comparison of Finite Element Slope
Stability Analysis and Conventional Limit Equilibrium Investigation. Rocscience,
Inc. Toronto
xvi
Highway Reasearch Board. Landslides and Engineering Practice, Committee on
Landslide Investigation, Special Report No. 29, E. Eckel.Washington DC. 1978
Junaidi, Anton dan KM Abuhuroyroh. Studi Kelongsoran Perkuatan Tebing
Sungai Mahakam Kalimantan Timur. Tugas Akhir. 2007
Ling, Hoi I., Dov Leshchinsky, dan Fumio Tatsuoka. Reinforced Soil Engineering
(Advanced in Reasearch and Practice). Marcel Dekker Inc. New York, 2003
Terzaghi, Karl dan Ralph B. Peck. Soil Mechanics in Engineering Practice. John
Wiley and Sons, Inc. New York, 1997
Sundary, Devi. Studi Analisis Stabilitas Lereng yang Dimodifikasi dengan Perkuatan Bored Pile Menggunakan Metode Elemen Hingga. Tesis. 2005 Susila, Endra dan Hasbullah Nawir. Laporan Studi dan Rekomendasi Penanggulangan Kelongsoran pada Perkuatan tebing S. Mahakam Tenggarong Sebrang. 2007
UBC In-situ Testing. Practical Application of The Cone Penetration Test (A
Manual on Interpretation of Seismic Plezocone Test Data for Geotechnical
Design). Geotchnical Research Group Department of Civil Engineering The
University of British Columbia.
U.S. Army Corps of Engineers. Engineering and Design Slope Stability. U.S.
Army Corps of Engineers. Washington, D.C. 2003
U.S. Army Corps of Engineers. Engineering and Design Retaining and Flood
Wall. U.S. Army Corps of Engineers. Washington, D.C. 2003
Yu, Su-Hai. Plasticity and Geotechnics. Springer. New York. 2006.
xvii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 15 Juni 1987 di
Palembang oleh pasangan Dr. Ir Akhmad Fauzi M.Eng
dan Ir. Zuraidah Jauhari MT. Selepas SMU,
melanjutkan kuliah S1 di Institut Teknologi Bandung
(ITB) dengan memilih program studi Teknik Sipil.
Motivasi memilih dan menjalani kuliah di bidang ini disebabkan ayahnya yang
seorang civil engineer. Penulis menyadari pentingnya teknik sipil dalam
kehidupan khususnya pembangunan bangsa Indonesia dalam mengejar
ketertinggalannya dengan bangsa lain. Tugas akhir penulis memiliki tema studi
stabilitas lereng dengan melakukan simulasi dengan program berbasis finite
element. Studi stabilitas amat penting di Indonesia disebabkan kondisi topografi
Indonesia yang memiliki banyak gunung ataupun lereng di sungai. Indonesia
sering sekali mengalami berbagai bencana alam akibat kurangnya perecanaan atau
rekayasa dalam bidang geoteknik. Penulis sengaja memilih sub jurusan geoteknik
dikarenakan masih kurang berkembangnya ilmu geoteknik di Indonesia. Padahal
Indonesia berada pada ring of fire, pertemuan lempeng yang menyebabkan sering
terjadinya bencana geologi di Indonesia. Penelitian mengenai sifat-sifat tanah,
gempa, kelongsoran, daya dukung tanah, dan lain-lainnya perlu mendapat
perhatian serius di Indonesia. Penulis juga melakukan berbagai hobi yaitu bermain
classical guitar, jogging setiap sore di SABUGA, mengikuti kursus, menonton,
membaca novel dan manga (komik), menulis blog, wisata kuliner di bandung
yang penuh makanan, dan jalan-jalan bersama teman-teman. Hobi tersebut
diharapkan dapat membantu pengembangan diri dan meningkatkan skill dan
attitude penulis.
xviii
LAMPIRAN
Output Keluaran Lereng Asli
Sta 0+550
SF = 1.24
Sta 0+700
SF = 1.24
Sta 1+075
SF = 2.10
Sta 1+925
SF = 1.39
Sta 2+175
SF = 1.77
Output Keluaran Lereng dengan Perkuatan Standar
Sta 0+550 SF= 1.68
Sta 0+700 SF = 2.0
Sta 1+075 SF = 1.60
Sta 1+925 SF = 1.86
Sta 2+175 SF = 1.79
Output Keluaran Lereng dengan Perkuatan Tiang Miring
Sta 0+550 SF= 1.86
Sta 0+700 SF = 1.99
Sta 1+075 SF = 1.53
Sta 1+925 SF = 1.86
Sta 2+175 SF = 1.79
Model
Sta 0+550
Sta 0+700
Sta 1+075
Sta 1+925
Sta 2+175