ANALISIS STABILITAS LERENG SUNGAI MULKI, TEMBAGAPURA DENGAN ALTERNATIF PERKUATAN

OlehRessi Dyah AdrianiNIM : 15010071(Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil)

ABSTRAKTugas 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.

PENDAHULUANLereng 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.

METODOLOGIA. PENGUMPULAN DATA Data topografi lereng Sungai Mulki sebelum dan setelah terjadi longsor. Foto lapanganB. ANALISIS DATA DAN PERHITUNGANAnalisa data dan perhitungan dalam tugas akhir ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu : Back Calculation AnalysisTahapan-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 Clay3. 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 kendaraan4. 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 AsliPerhitungan 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 seismikC. Penentuan dan Pemilihan Perkuatan LerengDari 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 LERENGPerencanaan Perkuatan Gabion Reinforced Soil StructurePreliminary Design

Tebal DindingT2m

Panjang ReinforcementB0.7 x H 15m

Backface Slope Angle 30

Backfill Slope Angle0

Soil Backfil Friction AngleAASHTO (2007)34

Spesifikasi Gabion

Poisson Ratio0.3

Modulus ElastisitasE14x105kPa

PorosityN0.3

Spesific GravityGs3

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

L15m

H1m

Berikut sketsa dari perkuatan lereng Sungai Mulki :Soil ReinforcedGabion infilling stoneWiremesh19 m5,5 m1.9 m

Analisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure1. Stabilitas Eksternal Stabilitas terhadap Overturning pada pembebanan statik Tekanan tanah aktif : Untuk pembebanan seismik, koefisien tekanan lateral menjadi : didapatkan nilai Kae sebesar 0.8Diketahui :c = 19 kPa = 32m = 15 kPasat = 15 kPaw = 10 kPaSurcharge = 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.dan Momen Overturning Momen ResistingMomen 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 DukungPemeriksaan 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/m2Untuk Seismik nilai qu sebesar 3665.47 kN/m2 > 275.67 kN/m2

Stabilitas Global menggunakan PLAXIS 2D 8.2E wire 2x108kN/m2

Tensile Strength80.3kN/m

Regangan ijin0.5%

EA10220kN/m

SF=1.92

SF = 1.1Bidang Keruntuhan saat Beban Statik Bekerja dan Seismik pada Jangka Panjang, SF = 1.92 dan SF =1.12. Stabilitas Internal Stabilitas terhadap Kegagalan Tarik Menghitung Kapasitas Tarik (RT)Tensile Strength = 80.3 kN/mSF= 1.5 Menghitung Angka Keamanan

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 = 30H = 21.25 mSehingga didapatkan, X = 8.44 mPada 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 untuk beban statik dan seismik, semua panjang penanaman (Le) melebihi Lem sehingga dapat dinyatakan aman.

Perencanaan Perkuatan Soil NailingPreliminary 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 = 0.31Didapatkan 2. Menentukan kebutuhan diameter dan panjang nail tendonAgar 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 201.25 m

Sketsa Perkuatan Soil Nailing Pada Lereng Sungai MulkiAnalisis Stabilitas Lereng dengan Perkuatan Soil NailingAnalisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Soil Nailing1. Stabilitas Eksternal Beban Stabilitas Global menggunakan Program Plaxis 2D.8.2Perkuatan nailing pada program Plaxis dimodelkan menggunakan node to node anchor dengan koreksi pada parameter kekakuan aksial (EA), yang didapatkan dari persamaan berikut :

DimanaEg = Modulus elastisitas shotcreteEn = Modulus elastisitas nailingAn =luas penampang soil nailingA =Luas penampang soil nailing yang telah tergroutingAg=Luas penampang grouting (Ag = A-An)Dari rumus di atas, didapatkan nilai EA untuk nailing sebesar 65040.79 kN. SF = 2

SF = 1.1Bidang Runtuh yang Terjadi Saat Pembebanan Statik dan Seismik Jangka Panjang, SF =2 dan SF = 1.1Dari 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 MPaAwire = 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 mH = Ketinggian dinding, 21.25 mz = kedalaman = sudut keruntuhan lereng, diasumsikan 45 = sudut kemiringan lerengI = kemiringan penanaman, diambil 20 Menghitung kapasitas Pullout (

a. Statik

b. Seismik

Seluruh faktor keamanan memenuhi kriteria minimum faktor keamanan, yaitu 1.8 dan 1.5.SIMPULAN & SARANSimpulan dari tugas akhir ini adalah :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.Saran dari tugas akhir ini adalah :1. Dalam melakukan back calculation analysis sebaiknya diketahui kedalaman kelongsoran sehingga bisa didapatkan parameter yang tepat untuk digunakan dalam desain dan analisis.2. Dalam melakukan back calculation analysis sebaiknya juga menggunakan software lainnya seperti GEOSLOPE agar dapat menjadi pembanding untuk mencari bidang longsor yang paling kritis sehingga bisa mendapat parameter yang tepat.3. Bidang keruntuhan yang didapatkan oleh Plaxis tidak menunjukkan bidang keruntuhan dari Safety Factor yang sebenarnya, sehingga untuk benar-benar mengetahui posisi bidang keruntuhan, hasil analisis perlu dibandingkan menggunakan program komputer lain seperti GEOSLOPE.

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