ANALISIS STABILITAS LERENG SUNGAI MULKI, TEMBAGAPURA DENGAN

ALTERNATIF PERKUATAN

Oleh

Ressi Dyah Adriani

NIM : 15010071

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

ABSTRAK

Tugas akhir ini berisi tentang kelongsoran lereng dan penanggulangannya pada lereng alami

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

alami yang mengalami kelongsoran akibat beban kendaraan berat yang melintas di jalan di

atas lereng tersebut.

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

kestabilan lereng asli, analisis kestabilan lereng dengan perkuatan serta pemilihan metode

alternatif perkuatan dengan menggunakan Soil Nailing dan Gabion Reinforced Soil Structure.

PENDAHULUAN

Lereng merupakan sebuah permukaan tanah yang terbuka dan berdiri membentuk sudut

tertentu terhadap sumbu horizontal akibat adanya perbedaan elevasi pada suatu dataran.

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

mengakibatkan pergerakan massa tanah dari bidang dengan elevasi yang tinggi menuju

bidang dengan elevasi yang lebih rendah yang diakibatkan oleh gravitasi yang

mengakibatkan ketidakstabilan pada tanah.

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

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

kendaraan-kendaraan besar serta jalan yang dilalui oleh kendaraan pengangkut bahan

tambang dari perusahaan pertambangan Freeport. Lereng tersebut mengalami kelongsoran,

sehingga akan berbahaya jika dibiarkan begitu saja. Maka dari itu, pada tugas akhir ini akan

ditentukan alternatif desain perbaikan dan atau perkuatan yang sesuai dengan kondisi tanah

asli pada lereng di tepi Sungai Mulki, Tembagapura, menggunakan metode elemen hingga

pada program komputer PLAXIS 2D 8.2.

METODOLOGI

A. PENGUMPULAN DATA

Data topografi lereng Sungai Mulki sebelum dan setelah terjadi longsor.

Foto lapangan

B. ANALISIS DATA DAN PERHITUNGAN

Analisa data dan perhitungan dalam tugas akhir ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu :

Back Calculation Analysis

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

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

PLAXIS.

2. Mendefinisikan material yang digunakan dengan memasukkan parameter tanah

yang akan di trial dari rentang nilai parameter tanah Silty Clay

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

kasus ini kondisi muka air tanah ditentukan dalam kondisi rapid drawdown yang

merupakan kondisi ekstrem yang terjadi ketika longsor terjadi serta pembebanan

akibat beban statik kendaraan

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

didefinisikan tahapan-tahapan pembebanan yang akan terjadi hingga akhirnya

didapatkan nilai faktor keamanan.

5. Evaluasi hasil dengan membandingkan bidang runtuh hasil keluaran PLAXIS

dengan bidang runtuh setelah longsor, dan memeriksa nilai angka keamanannya

apakah telah mendekati 1 atau bernilai 1. Apabila masih belum sesuai dengan

kriteria tersebut, maka dilakukan trial kembali terhadap parameter kuat geser

tanah ( dan c).

Analisis Stabilitas Lereng Asli

Perhitungan stabilitas lereng asli menggunakan software PLAXIS 2D dengan

memasukkan parameter-parameter tanah yang didapat dari back calculation.

Perencanaan perkuatan lereng longsor dengan alternatif dan langkah perencanaan

sebagai berikut :

Perkuatan dengan Soil Nailing :

Preliminary Design dengan menentukan kebutuhan diameter dan panjang

penanaman

Pemeriksaan terhadap stabilitas global menggunakan software PLAXIS 2D

terhadap beban statik dan seismik dan pemeriksaan terhadap stabilitas internal,

yaitu pullout dan tensile failure terhadap beban statik dan seismik

Perkuatan dengan Gabion Reinforcement Soil Structure :

Menentukan dimensi gabion dan spesifikasi wire mesh

Pemeriksaan terhadap stabilitas global menggunakan software PLAXIS 2D

terhadap beban statik dan seismik dan pemeriksaan terhadap stabilitas internal,

yaitu pullout dan tensile failure terhadap beban statik dan seismik

C. Penentuan dan Pemilihan Perkuatan Lereng

Dari alternatif perkuatan yang telah direncanakan dilakukan pemilihan alternatif yang

tepat dengan pertimbangan sebagai berikut :

Angka Keamanan, FS statik > 1.5 dan FS seismik > 1.1

Kemudahan dalam memperoleh material

Kemudahan dalam pelaksanaan konstruksi.

PERENCANAAN DAN ANALISIS STABILITAS PERKUATAN LERENG

Perencanaan Perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure

Preliminary Design

Tebal Dinding T 2 m

Panjang Reinforcement B 0.7 x H 15 m

Backface Slope Angle

30

Backfill Slope Angle

0

Soil Backfil Friction Angle AASHTO (2007) 34

Spesifikasi Gabion

Poisson Ratio 0.3

Modulus Elastisitas E 14x105 kPa

Porosity N 0.3

Spesific Gravity Gs 3

Berat Jenis (1-n)x(Gsxw) 18 kPa

L 15 m

H 1 m

Berikut sketsa dari perkuatan lereng Sungai Mulki :

Analisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure

1. Stabilitas Eksternal

Stabilitas terhadap Overturning pada pembebanan statik

Tekanan tanah aktif :

(

)

Untuk pembebanan seismik, koefisien tekanan lateral menjadi :

Soil Reinforced Gabion infilling

stone

Wireme

sh

19 m

5,5 m

1.9 m

( )

[ ( )

( ) ]

Dari rumus di atas, didapatkan nilai Kae sebesar 0.8

Diketahui :

c = 19 kPa

= 32

m = 15 kPa

sat = 15 kPa

w = 10 kPa

Surcharge = 31.2,

Didapatkan tekanan lateral tanah aktif total sebesar 1140.96 kN.

Mencari lokasi titik berat tekanan lateral tanah aktif total (da) :

((

) (

) (

) (

) (

)

)

Untuk seismik :

Didapatkan tekanan lateral tanah aktif total sebesar 1911.82 kN.

(

)

Momen Overturning

Momen Resisting

Momen tahanan yang bekerja pada tanah berasal dari berat gabion juga tanah yang

diberi perkuatan.

Sehingga dapat dihitung momen tahanan :

Kestabilan terhadap guling / overturning dapat dihitung sebagai berikut :

> 2

Seismik :

> 1.5

Stabilitas terhadap Sliding/Geser

Dengan

Total gaya vertikal

Sehingga didapatkan nilai angka keamanan sebesar 4 > 1.5, menyatakan bahwa

dinding stabil dari kegagalan geser. Untuk Seismic didapatkan 2.3 > 1,1

Stabilitas terhadap Daya Dukung

Pemeriksaan eksentrisitas :

(

)

Dengan B = 24 m

(

)

(

)

Seismik :

Pemeriksaan eksentrisitas :

(

)

Dengan B = 24 m

(

)

(

)

Kapasitas daya dukung tanah dapat dihitung menggunakan persamaan kapasitas daya

dukung ultimate pada kasus pondasi dangkal, yaitu

Sehingga didapat nilai qu sebesar 3665.47 kN/m2 > 256.865 kN/m

2

Untuk Seismik nilai qu sebesar 3665.47 kN/m2 > 275.67 kN/m

2

Stabilitas Global menggunakan PLAXIS 2D 8.2

E wire 200000000 kN/m2

Tensile Strength 80.3 kN/m

Regangan ijin 0.5 %

EA

10220 kN/m

Bidang Keruntuhan saat Beban Statik Bekerja dan Seismik pada Jangka Panjang, SF = 1.92 dan

SF =1.1

2. Stabilitas Internal

Stabilitas terhadap Kegagalan Tarik

Menghitung Kapasitas Tarik (RT)

Tensile Strength = 80.3 kN/m

SF = 1.5

Menghitung Angka Keamanan

z T max (Plaxis) RT

m kN kN

1 5.68 53.5 9.4

2 3.22 53.5 16.6

2.5 4.78 53.5 11.2

3 2.91 53.5 18.4

4 3.53 53.5 15.2

5 3.76 53.5 14.2

6 3.34 53.5 16.0

7 3.19 53.5 16.8

8 3.31 53.5 16.2

9 2.43 53.5 22.0

10 1.75 53.5 30.6

10.5 1.54 53.5 34.8

11 0.57 53.5 93.9

11.5 1.84 53.5 29.1

12 0.78 53.5 68.6

13 2.24 53.5 23.9

14 2.05 53.5 26.1

15 1.31 53.5 40.9

16 1.11 53.5 48.2

17 0.86 53.5 62.2

18 1.02 53.5 52.5

19 1.24 53.5 43.2

19.5 1.21 53.5 44.2

20 1.61 53.5 33.3

20.5 1.55 53.5 34.5

21 2.02 53.5 26.5

SF

T max merupakan gaya maksimum yang bekerja pada tiap layer

a. Statik b. Gempa

Dari hasil perhitungan di atas seluruh perkuatan di tiap layer melebihi nilai angka

keamanan minimum, yaitu 1.5 dan 1.35. Sehingga dapat disimpulkan bahwa lereng

dengan perkuatan stabil terhadap kegagalan tarik.

Stabilitas terhadap Kegagalan Cabut (Pullout Failure)

Menghitung panjang penanaman yang melewati bidang runtuh, (Le)

Di atas dinding, jarak X ke bidang runtuh, sebesar 45, dari belakang dinding

adalah :

Dengan

= 45

= 30

H = 21.25 m

Sehingga didapatkan, X = 8.44 m

Pada tiap lapisan (layer), panjang penanaman yang melewati bidang runtuh,

Le

Dengan B = 19 m, dan t = 2 m

Menghitung panjang pananaman minimum, untuk mendapatkan SF = 1.5 pada

tiap lapisan (Lem)

Dengan fv adalah tegangan tanah pada tiap lapisan perkuatan dan adalah

scale correction factor yang diasumsikan sebesar 0.65.Dari perhitungan di atas

z T max (Plaxis) RT

m kN kN

1 19.7 59.4815 3.0

2 30.02 59.4815 2.0

2.5 18.67 59.4815 3.2

3 32.82 59.4815 1.8

4 36.35 59.4815 1.6

5 36.23 59.4815 1.6

6 40.2 59.4815 1.5

7 41.46 59.4815 1.4

8 42.29 59.4815 1.4

9 43.83 59.4815 1.4

10 19.89 59.4815 3.0

10.5 15.39 59.4815 3.9

11 24.6 59.4815 2.4

11.5 21.67 59.4815 2.7

12 36.2 59.4815 1.6

13 44.2 59.4815 1.35

14 39.7 59.4815 1.5

15 31.27 59.4815 1.9

16 22.64 59.4815 2.6

17 18.09 59.4815 3.3

18 19.24 59.4815 3.1

19 19.56 59.4815 3.0

19.5 18.71 59.4815 3.2

20 20.04 59.4815 3.0

20.5 22.95 59.4815 2.6

21 38.93 59.4815 1.5

SF

untuk beban statik dan seismik, semua panjang penanaman (Le) melebihi Lem

sehingga dapat dinyatakan aman.

Perencanaan Perkuatan Soil Nailing

Preliminary Design

Tinggi Dinding, H = 21.25 m

Face batter : = 30,

Backslope angle : = 0

Spacing : Sh = 2 m; Sv = 1.25 m

Nail inclination : i = 20

Nail Material : fy = 420 MPa

Surcharge = 31.12 kPa

1. Menentukan gaya aksial yang dibutuhkan :

dengan

= 0.31

Didapatkan

2. Menentukan kebutuhan diameter dan panjang nail tendon

Agar tidak terjadi putus tulangan, maka digunakan FS sebesar 1.8 untuk desain awal,

sehingga

Luas penampang butuh :

Dicoba menggunakan diameter sebesar 43 mm, panjang nail tendon, dicoba sebesar 0.6H,

digunakan 18 m. Berikut sketsa desain perkuatan Soil Nailing dengan panjang nailing 18

m, diameter 43 mm, dan inklinasi 20

Sketsa Perkuatan Soil Nailing Pada Lereng Sungai MulkiAnalisis Stabilitas Lereng dengan Perkuatan

Soil Nailing

1.25 m

Analisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Soil Nailing

1. Stabilitas Eksternal Beban

Stabilitas Global menggunakan Program Plaxis 2D.8.2

Perkuatan nailing pada program Plaxis dimodelkan menggunakan node to node

anchor dengan koreksi pada parameter kekakuan aksial (EA), yang didapatkan dari

persamaan berikut :

(

) (

) [

] (

)

Dimana

Eg = Modulus elastisitas shotcrete

En = Modulus elastisitas nailing

An = luas penampang soil nailing

A = Luas penampang soil nailing

yang telah tergrouting

Ag = Luas penampang grouting

(Ag = A-An)

Dari rumus di atas, didapatkan nilai EA untuk nailing sebesar 65040.79 kN.

Bidang Runtuh yang Terjadi Saat Pembebanan Statik dan Seismik Jangka Panjang, SF =2

dan SF = 1.1

Dari perhitungan menggunakan Plaxis, didapatkan angka keamanan sebesar 2 > 1.5.

Angka keamanan tersebut menyatakan bahwa perkuatan efektif dalam menstabilkan

lereng.

Stabilitas terhadap Sliding/Geser

Dari rumus di atas didapatkan :

Seismik :

2. Stabilitas Internal

Stabilitas terhadap Kegagalan Tarik

Menghitung Kapasitas Tarik (RT)

Fy = 420 MPa Awire = 660.5 mm2

Menghitung Angka Keamanan

T max merupakan gaya maksimum yang bekerja pada tiap layer

a. Statik b. Gempa

Dari hasil perhitungan di atas seluruhnya melebihi nilai angka keamanan

minimum, yaitu 2 dan 1.35. Sehingga dapat disimpulkan bahwa lereng dengan

perkuatan stabil terhadap kegagalan tarik.

Stabilitas terhadap Kegagalan Cabut (Pullout Failure)

( ) ( )

( )

Menghitung panjang penanaman yang melewati bidang runtuh, (Lp)

*

+

L = panjang nail yang

digunakan, 18 m

H = Ketinggian dinding, 21.25

m

z = kedalaman

= sudut keruntuhan lereng,

diasumsikan 45

= sudut kemiringan lereng

I = kemiringan penanaman,

diambil 20

Menghitung kapasitas Pullout (

Depth (z) Rt T max FS

m kN kN Statik

1.25 609.925 2.144 42.3

2.5 609.925 0.976 21.2

3.75 609.925 0.418 14.1

5 609.925 0.322 10.6

6.5 609.925 0.454 8.1

7.75 609.925 2.222 6.8

9 609.925 3.218 5.9

10.25 609.925 4.156 5.1

11.5 609.925 5.15 4.6

12.75 609.925 6.19 4.1

14 609.925 7.678 3.8

15.25 609.925 10.618 3.5

16.5 609.925 11.014 3.2

17.75 609.925 10.594 3.0

19 609.925 9.204 2.8

20.25 609.925 8 2.6

Depth (z) Rt T max SF

m kN kN Gempa

1.25 609.925 18.44 33.0762

2.5 609.925 26.43 23.077

3.75 609.925 33.718 18.089

5 609.925 41.542 14.6821

6.25 609.925 53.504 11.3996

7.5 609.925 61.57 9.9062

8.75 609.925 70.434 8.65952

10 609.925 75.426 8.0864

11.25 609.925 80.586 7.56862

12.5 609.925 88.494 6.89227

13.75 609.925 102.094 5.97415

15 609.925 125.766 4.84968

16.25 609.925 143.85 4.24

17.5 609.925 182.59 3.3404

18.75 609.925 252.384 2.41665

20 609.925 308.05 1.97995

a. Statik b. Seismik

Seluruh faktor keamanan memenuhi kriteria minimum faktor keamanan, yaitu 1.8

dan 1.5.

SIMPULAN

1. Desain perkuatan untuk lereng dengan menggunakan Gabion Reinforced Soil

Structure dapat meningkatkan angka keamanan menjadi 1.9. Gabion yang digunakan

adalah tipe 5x8 dengan panjang 200 cm, lebar 100 cm, dan tinggi 100 cm yang dibagi

dalam dua kotak. Wiremesh yang digunakan sebagai reinforcement memiliki kuat

putus sebesar 350 MPa (80.3 kN/m), diameter 2.7 mm, panjang penanaman sebesar

19 m serta spasi vertikal sebesar 1 m.

2. Desain perkuatan untuk lereng dengan menggunakan Soil Nailing meningkatkan

angka keamanan lereng menjadi sebesar 2. Perkuatan menggunakan tulangan baja

dengan kuat leleh 420 Mpa, diameter tulangan 43 mm , panjang tulangan 18 m

dengan sudut inkilinasi 20 serta spasi horizontal dan vertikal sebesar 2 m dan 1,25 m.

3. Alternatif perkuatan yang dipilih adalah perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure.

Perkuatan ini dipilih karena dinilai lebih ekonomis dalam pengadaan material dan

konstruksi yang sederhana dan mudah serta efektif meningkatkan kestabilan lereng.

PUSTAKA

Shepherd, C.E. 2004. Modular Gabion Systems : Gabion Walls Design. Houston C.E

Shepherd Company

Byrne, R.J, D. Cotton, J. Potterfield, C. Wolschlag, G. Ueblacker.1998. FHWA-SA-96-069R

Manual for Design & Construction Monitoring of Soil Nail Walls.Virginia

Depth (z) Lp Rp T max SF

m m kN kN Gempa

1.25 2.39588 143.753 18.44 7.8

2.5 3.37114 202.268 26.43 7.7

3.75 4.34639 260.784 33.718 7.7

5 5.32165 319.299 41.542 7.7

6.5 6.49196 389.518 53.504 7.3

7.75 7.46722 448.033 61.57 7.3

9 8.44248 506.549 70.434 7.2

10.25 9.41773 565.064 75.426 7.5

11.5 10.393 623.579 80.586 7.7

12.75 11.3682 682.095 88.494 7.7

14 12.3435 740.61 102.094 7.3

15.25 13.3188 799.126 125.766 6.4

16.5 14.294 857.641 143.85 6.0

17.75 15.2693 916.157 182.59 5.0

19 16.2445 974.672 252.384 3.9

20.25 17.2198 1033.19 308.05 3.4

Depth (z) Lp Rp T max FS

m m kN kN Statik

1.25 2.39588 143.753 2.144 10.0

2.5 3.37114 202.268 0.976 7.0

3.75 4.34639 260.784 0.418 6.0

5 5.32165 319.299 0.322 5.5

6.5 6.49196 389.518 0.454 5.2

7.75 7.46722 448.033 2.222 5.0

9 8.44248 506.549 3.218 4.9

10.25 9.41773 565.064 4.156 4.8

11.5 10.393 623.579 5.15 4.7

12.75 11.3682 682.095 6.19 4.6

14 12.3435 740.61 7.678 4.6

15.25 13.3188 799.126 10.618 4.5

16.5 14.294 857.641 11.014 4.5

17.75 15.2693 916.157 10.594 4.5

19 16.2445 974.672 9.204 4.4

20.25 17.2198 1033.19 8 4.4