2.2. SISTEM KLASIFIKASI TANAH

Transkripsi

1 BAB II STUDI PUSTAKA 2.1. TINJAUAN UMUM Tanah selalu mempunya peranan yang pentng pada suatu lokas pekerjaan konstruks. Tanah adalah pondas pendukung suatu bangunan, atau bahan konstruks dar bangunan tu sepert tanggul atau waduk, atau terkadang sebaga penyebab gaya luar pada bangunan sepert tembok / dndng penahan tanah. Tanah yang ada d permukaan bum mempunya karakterstk dan sfat yang berbeda. Hal n merupakan suatu tantangan bag tenaga-tenaga teknk spl yang berkecmpung dalam perencanaan atau pelaksanaan bangunan untuk memaham perlaku tanah yang dhadap dalam perencanaan konstruks dengan jalan melakukan penyeldkan dan peneltan terhadap sfat-sfat yang dmlk tanah, yang tentunya haslnya tdak mutlak tepat dan benar akan tetap palng tdak kta dapat melakukan pendekatan secara tekns. Dalam pengertan teknk secara umum tanah ddefnskan sebaga materal yang terdr dar butran-butran mneral padat yang tdak tersegmentas (terkat secara kma) antara satu dengan yang lannya dan merupakan partkel padat hasl penguraan bahan organk yang telah lapuk yang berangka dengan zat car dan gas sebaga pengs ruang-ruang kosong antar partkel. Untuk melakukan analsa stabltas waduk, maka perlu dlakuakan uj lapangan yatu pengamblan contoh bahan tmbunan waduk dan melakukan beberapa uj laboratorum untuk mengetahu parameter geoteknk yang akan menjad data masukan dalam melaksanakan analsa stabltas waduk Cacaban SISTEM KLASIFIKASI TANAH Sstem klasfkas tanah adalah suatu sstem pengaturan beberapa jens tanah yang berbeda beda tetap memlk sfat yang serupa kedalam kelompok kelompok dan subkelompok - subkelompok berdasarkan pemakaannya. Sebagan besar sstem klasfkas tanah yang telah dkembangkan untuk tujuan rekayasa 5

2 ddasarkan pada sfat sfat ndeks tanah yang sederhana sepert dstrbus ukuran butr dan plaststas. Walaupun saat n terdapat berbaga sstem klasfkas tetap tdak ada satupun dar sstem sstem tersebut yang benar benar memberkan penjelasan yang tegas mengena segala kemungknan pemakaannya. Hal n dsebabkan karena sfat sfat tanah yang bervaras. Klasfkas tanah dperlukan antara lan untuk hal hal berkut n : Perkraan hasl eksploras tanah ( persapan log-bor tanah dan peta tanah ) Perkraan standart kemrngan lereng dar penggalan tanah atau tebng Perkraan pemlhan bahan Perkraan persentas mua dan susut Pemlhan jens konstruks dan peralatan untuk konstruks ( pemlhan cara penggalan dan rancangan penggalan ) Perkraan kemampuan peralatan untuk konstruks Rencana pekerjaan / pembuatan lereng dan tembok penahan tanah. Adapun beberapa metode klasfkas tanah yang ada antara lan : 1. Klasfkas Tanah Berdasar Tekstur 2. Klasfkas Tanah Sstem AASHTO 3. Klasfkas Tanah Sstem UNIFIED Klasfkas Tanah Berdasar Tekstur Tekstur tanah merupakan keadaan permukaan tanah yang bersangkutan. Pengaruh darpada tap tap butr tanah yang ada ddalam tanah tersebut merupakan pembentuk tekstur tanah. Ukuran butr merupakan suatu metode yang jelas untuk mengklasfkaskan tanah dan kebanyakan dar sstem sstem klasfkas terdahulu banyak menggunakan ukuran butr sebaga dasar pembuatan sstem klasfkas. Tanah dbag dalam beberapa kelompok : kerkl (gravel), pasr (sand), lanau (slt), dan lempung (clay), atas dasar ukuran butr butrnya. Dkarenakan 6

3 depost tanah alam pada umumnya terdr atas berbaga ukuran ukuran partkel, maka perlu sekal untuk membuat suatu aturan berdasarkan dstrbus ukuran butr yang kemudan menentukan prosentase tanah bag setap batasan ukuran. Departemen Pertanan Amerka Serkat telah mengembangkan suatu stem klasfkas ukuran butr yang menamakan tanah secara spesfk bergantung dar prosentase pasr, lanau dan lempung sepert terlhat pada Gambar 2.1 : Gambar 2.1 Klasfkas berdasarkan tekstur oleh Departemen Pertanan Amerka Serkat (USDA) Klasfkas Tanah Sstem AASHTO Sstem klasfkas tanah sstem AASHTO pada mulanya dkembangkan pada tahun 1929 sebaga Publc Road Admnstraton Classfcaton System guna mengklasfkaskan tanah untuk pemakaan lapsan dasar jalan raya. Sstem n mengklasfkaskan tanah kedalam delapan kelompok, A-1 sampa A-7. Kelompok A-1 danggap yang palng bak yang sesua untuk lapsan dasar jalan 7

4 raya. Setelah dadakan beberapa kal perbakan, sstem n dpaka oleh The Amercan Assocaton of State Hghway Offcals (AASHTO) dalam tahun Bagan pengklasfkasan sepert n dapat dlhat sepert pada Tabel 2.1. Klasfkas umum Klasfkas kelompok Analsa sarngan (% lolos) No.10 No.40 No.200 Sfat fraks yang lolos ayakan No.40 Batas car (LL) Indeks plaststas (PI) Tpe materal yang palng domnan Penlaan sebaga bahan tanah dasar Klasfkas umum Tabel 2.1 Klasfkas Tanah Sstem AASHTO Tanah berbutr (35% atau kurang dar seluruh contoh tanah lolos ayakan No.200) A-1 A-2 A-3 A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 Maks 50 Maks 30 Maks 15 Maks 6 Maks 50 Maks 25 Batu pecah, kerkl dan pasr Maks 51 Maks 10 NP Pasr halus Maks 35 Maks 35 Maks 35 Maks 35 Maks Maks Maks Mn Maks Maks Mn 11 Mn Kerkl dan pasr yang berlanau atau berlempung Bak sekal sampa bak Tanah lanau lempung (Lebh dar 35% dar seluruh contoh tanah lolos ayakan No.200) Klasfkas kelompok A-4 A-5 A-6 A-7 A-7-5 A-7-6 ℵ Analsa sarngan (% lolos) No.10 No.40 No.200 Mn 36 Mn 36 Mn 36 Mn 36 Sfat fraks yang lolos No.4 Batas car (LL) Maks 40 Mn 41 Maks 40 Mn 41 Indeks plaststas (IP) Maks 10 Maks 10 Mn 11 Mn 11 Tpe materal yang palng domnan Penlaan sebaga bahan tanah dasar Sumber : Bowles, 1991 PI LL 30 ℵ PI > LL 30 Tanah berlanau Basa sampa jelek Tanah berlempung 8

5 2.2.3 Klasfkas Tanah Sstem UNIFIED Sstem klasfkas tanah n yang palng banyak dpaka untuk pekerjaan Teknk Pondas sepert untuk bendungan, bangunan dan konstruks yang sejens. Sstem n basa dgunakan untuk desan lapangan udara dan untuk spesfkas pekerjaan tanah untuk jalan. Klasfkas berdasarkan Unfed System (Das. Braja. M, 1988), tanah dkelompokkan menjad : 1 Tanah butr kasar (coarse-graned-sol) yatu tanah kerkl dan pasr dmana kurang dar 50% berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Smbol dar kelompok n dmula dengan huruf awal G atau S. G adalah untuk kerkl (gravel) atau tanah berkerkl, dan S adalah untuk pasr (sand) atau tanah berpasr. 2 Tanah berbutr halus (fne-graned-sol) yatu tanah dmana lebh dar 50 % berat total contoh tanah lolos ayakan no.200. Smbol dar kelompok n dmula dengan huruf awal M untuk lanau (slt) anorgank, C untuk lempung (clay) anorgank, dan O untuk lanau organk dan lempung organk. Smbol PT dgunakan untuk tanah gambut (peat), muck, dan tanah-tanah lan dengan kadar organk yang tngg. Tanah berbutr kasar dtanda dengan smbol kelompok sepert : GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM dan SC. Untuk klasfkas yang benar, perlu memperhatkan faktor-faktor berkut n : 1. Prosentase butran yang lolos ayakan no.200 (fraks halus). 2. Prosentase fraks kasar yang lolos ayakan no Koefsen keseragaman (Unformty coeffcent, Cu) dan koefsen gradas (gradaton coeffcent, Cc) untuk tanah dmana 0-12% lolos ayakan no Batas car (LL) dan Indeks Plaststas (PI) bagan tanah yang lolos ayakan no.40 (untuk tanah dmana 5% atau lebh lolos ayakan no.200). 9

6 Selanjutnya tanah dklasfkaskan dalam sejumlah kelompok dan sub kelompok sepert terlhat dalam Tabel 2.2 berkut n : Tabel 2.2 Smbol klasfkas tanah berdasarkan Unfed System Jens Tanah Smbol Sub kelompok Smbol Kerkl Pasr G S Gradas bak Gradas buruk Berlanau Berlempung W P M C Lanau Lempung Organk Gambut Sumber : Bowles, 1991 M C O PT LL < 50% LL > 50% L H 2.3 PENYELIDIKAN TANAH Borng Pengeboran merupakan cara yang palng awal dan mudah dalam penyeldkan tanah. Borng dlaksanakan untuk mendapatkan struktur lapsan tanah (sample) dengan cara mengebor dan memperhatkan jens dan warna serta kedalaman masng masng tanah yang dkeluarkan dar mata bor. Juga perlu dcatat kedalaman ar tanah pada waktu pelaksanaan pengeboran. Pada penyeldkan lapangan dlakukan beberapa borng untuk uj lapangan sepert : 1. SPT ( Sol Penetrometer Test ) yang dlaksanakan pada nterval tertentu dalam lubang bor 2. Uj permeabltas masa tanah maupun batuan 3. Pengamblan undsturbed sample dengan metode thn wall core barrel pada nterval tertentu untuk uj laboratorum. SPT dgunakan untuk menentukan konsstens atau densty tanah d lapangan. Tes tersebut dlakukan dengan memancangkan alat splt spoon sampler, yatu berupa baja dengan ujung ujung yang terbuka. Splt spoon dpancangkan 45 cm ke dalam tanah pada kedalaman tertentu dalam tanah. 10

7 SPT dapat dkorelaskan dengan : Konsstensnya Kuat geser tanah Parameter konsoldas Relatf densty Daya dukung pondas Penurunan 2.4 PARAMETER TANAH Modulus Young Dengan menggunakan data sondr, borng dan grafk traksal dapat dgunakan untuk mencar besarnya nla elaststas tanah. Nla yang dbutuhkan adalah nla qc atau cone resstance. Yatu dengan menggunakan rumus : E = 2.qc kg/cm² E = 3.qc ( untuk pasr ) E = 2. sampa 8. qc ( untuk lempung ) Nla yang dbutuhkan adalah nla N. Modulus elaststas ddekat dengan menggunakan rumus : E = 6 ( N 5 ) k/ft² ( untuk pasr berlempung ) E = 10 ( N 15 ) k/ft² ( untuk pasr ) Nla perkraan modulus elaststas tanah menurut Bowles dapat dlhat pada Tabel 2.3 : 11

8 Tabel 2.3. Nla Perkraan Modulus Elaststas Tanah (Bowles, 1997) Macam Tanah E ( Kg/cm 2 ) LEMPUNG Sangat Lunak Lunak Sedang Berpasr PASIR Berlanau Tdak Padat Padat PASIR DAN KERIKIL Padat Tdak Padat LANAU LOSES CADAS Possons Rato Possons rato serng danggap sebesar 0,2 0,4 dalam pekerjaan pekerjaan mekanka tanah. Nla sebesar 0,5 basanya dpaka untuk tanah jenuh dan nla 0 serng dpaka untuk tanah kerng dan tanah lannya untuk kemudahaan dalam perhtungan. In dsebabkan nla Possons rato sukar untuk dperoleh untuk tanah. Nla perkraaan angka Posson tanah menurut Bowles dapat lhat pada Tabel 2.4: Tabel 2.4. Nla Perkraan Angka Possons Tanah ( Bowles,1997 ) Macam Tanah Lempung Jenuh Lempung Tak Jenuh Lempung Berpasr υ (angka posson tanah) 0,40 0,50 0,10 0,30 0,20 0,30 12

9 Lanau Pasr Padat Pasr Kasar Pasr Halus Batu Loses 0,30 0,35 0,20 0,40 0,15 0,25 0,10 0,40 0,10 0, Sudut Geser Dalam Sudut geser dalam dan kohes merupakan faktor dar kuat geser tanah yang menentukan ketahanan tanah terhadap deformas akbat tegangan yang bekerja pada tanah. Deformas dapat terjad akbat adanya kombnas keadaan krts dar tegangan normal dan tegangan geser. Nla dar sudut geser dalam ddapat dar engneerng propertes tanah, yatu dengan traxal test dan drect shear test Kohes Kohes merupakan gaya tark menark antar partkel tanah. Bersama dengan sudut geser tanah, kohes merupakan parameter kuat geser tanah yang menentukan ketahanan tanah terhadap deformas akbat tegangan yang bekerja pada tanah. Deformas dapat terjad akbat adanya kombnas keadaan krts dar tegangan normal dan tegangan geser. Nla dar kohes ddapat dar engneerng propertes, yatu dengan traxal test dan drect shear test. 2.5 KEKUATAN GESER TANAH Kekuatan geser tanah dperlukan untuk menghtung daya dukung tanah (bearng capacty), tegangan tanah terhadap dndng penahan (earth pressure) dan kestablan lereng. Ada bermacam-macam pengujan yang dapat dlakukan untuk menentukan kekuatan geser tanah, dantaranya adalah uj geser langsung (drect shear test), uj traxal (traxal test), dan uj tekan bebas (unconfned compresson test). 13

10 Kekuatan geser tanah terdr dar dua parameter yatu : 1. Bagan yang bersfat kohes c yang tergantung dar jens tanah. 2. Bagan yang mempunya sfat gesekan / frctonal yang sebandng dengan tegangan efektf (σ) yang bekerja pada bdang geser. Menurut Wesley (1977), hubungan antar kekuatan geser tanah dengan kemantapan lereng dapat dnyatakan dengan rumus sebaga berkut : S = c ( σ - µ ) tan θ Sedangkan hubungan persamaan n dapat dbuat secara grafs sepert terlhat dalam Gambar 2.2: Kekuatan geser ( S ) θ S = c ( σ - µ ) tan θ c σ' = σ - µ Gambar 2.2 Gambar Hubungan Kuat Geser Tanah dengan Kemantapan Lereng Dmana : S = kekuatan geser efektf c = kohes tanah efektf σ = tegangan normal efektf σ = tegangan total pada bdang geser µ = tegangan ar por = γ w. h θ = sudut geser dalam efektf Nla Cu ( Undraned shear strength /Kuat Geser Tanah Tak Terdranase ) dapat dcar dengan menggunakan nla qc dar sondr. qc σv Cu = Nk 14

11 Dmana : qc = tekanan konus σv = total overburden pressure Nk = faktor konus 2.6 DAYA DUKUNG TANAH Dalam perencanaan konstruks bangunan spl, daya dukung tanah mempunya peranan yang sangat pentng, daya dukung tanah merupakan kemampuan tanah untuk menahan beban pondas tanpa mengalam keruntuhan akbat geser yang juga dtentukan oleh kekuatan geser tanah. Tanah mempunya sfat untuk menngkatkan kepadatan dan kekuatan gesernya apabla menerma tekanan. Apabla beban yang bekerja pada tanah pondas telah melampau daya dukung batasnya, tegangan geser yang dtmbulkan dalam tanah pondas melampau kekuatan geser tanah maka akan mengakbatkan keruntuhan geser tanah tersebut. Perhtungan daya dukung tanah dapat dhtung berdasarkan teor Terzagh : Daya dukung tanah untuk pondas lajur 1 q ult = c Nc γ D Nq γ B Nγ 2 Daya dukung tanah untuk pondas bujur sangkar q ult = 1.3 c Nc γ D Nq Dmana : D = Kedalaman pondas B = Lebar pondas γ = Berat s tanah Nc, Nq, Nγ = Faktor daya dukung yang tergantung pada sudut geser 2.7 TEORI KELONGSORAN Gerakan tanah merupakan proses perpndahan massa tanah atau batuan dengan arah tegak, mendatar atau mrng terhadap kedudukan semula karena pengaruh ar, gravtas, dan beban luar. Untuk mempermudah pengenalan tpe 15

12 gerakan tanah dan membantu dalam menentukan penyebab serta cara penanggulanganya maka perlu adanya pengklasfkasan tanah berdasar materal yang bergerak, jens gerakan dan mekansmenya. Adapun macam-macam gerakan tanah yatu : 1. Alran Cepat (Rapd Flowage) Gerakan tanah jens alran pada umumnya materal yang bergerak terlhat cepat dan dapat dkut dengan kecepatan mata melhat. Umumnya terjad pada materal lunak yang jenuh ar dan terdapat pada daerah berlereng. Jka dtnjau dar jens materal yang bergerak dapat dbedakan menjad : a. Alran tanah (earth flow), jka materal yang bergerak berupa tanah. b. Alran lumpur (mud flow), jka materal yang bergerak berupa lumpur. 2. Amblesan (subsdence) Merupakan jens gerakan tanah yang berupa turunnya permukaan tanah secara bersama-sama secara cepat atau lambat tergantung konds geolog maupun topograf daerah tersebut. Umumnya terjad pada daerah yang lunak serta terdapat beban datasnya atau pada daerah yang dbawahnya terdapat goa atau akbat struktur geolog, mungkn juga terjad akbat aktvtas manusa sepert penambangan bawah tanah, penyedotan ar tanah yang berlebhan, proses pemadatan tanah, dan sebaganya. 3. Runtuhan Gerakan tanah n dsebabkan oleh keruntuhan tark yang dkut dengan tpe gerakan jatuh bebas akbat gravtas yang bergerak cepat. Materal tanah atau batuan lepas dar tebng curam dengan sedkt pergeseran atau tanpa terjad pergeseran kemudan meluncur sebagan besar dudara sepert jatuh bebas, loncat atau menggelundung. Runtuhan basanya terjad pada penggalan batu, tebng panta yang curam, tebng jalan. 16

13 . 4. Longsoran (sldng) Gerakan tanah n terjad akbat regangan geser dan perpndahan dar sepanjang bdang longsoran dmana massa berpndah dar tempat semula dan berpsah dar massa yang mantap, materal yang bergerak kadang terlhat sangat cepat dan tba tba atau dapat juga bergerak lambat. Jens gerakan n dapat dbedakan menjad : a. Rotatonal slde, jka bdang longsoran mempunya bentuk sepert busur derajat, log spral, dan bentuk lengkung yang tdak teratur. Pada umumnya kelongsoran n berhubungan dengan konds tanah yang homogen sepert terlhat pada Gambar 2.3 dbawah n. Gambar 2.3 Rotatonal Slde b. Translaton slde, jka bdang longsor cenderung datar atau sedkt bergelombang. Kelongsoran n terjad bla bentuk permukaan runtuh dpengaruh adanya kekuatan geser yang berbeda pada lapsan tanah yang berbatasan sepert terlhat pada Gambar 2.4 dbawah n. Gambar 2.4 Translaton Slde 17

14 c. Surface slde, terjad jka bdang gelncrnya terletak dekat dengan permukaan tanah sepert terlhat pada Gambar 2.5 dbawah n. de Gambar 2.5 Surface Slde d. Deep slde, terjad jka bdang gelncrnya terletak jauh dbawah permukaan tanah sepert terlhat pada Gambar 2.6 dbawah n. Gambar 2.6 Deep Slde Kelongsoran ( land slde ) khususnya untuk tanah merupakan perpndahan massa tanah dar kedudukan semula akbat pengaruh gravtas sehngga terpsah dar massa yang mantap, dmana perpndahan n bsa dakbatkan oleh lkuefaks sebaga pengaruh gempa bum. Penyebab lan adalah sfat tanah yang mengandung mneral yang mampu kembang susut sepert lempung dan lanau yang serng kal dalam keadaan retak-retak atau bercelah, sehngga tekanan ar por dapat membahayakan stabltasnya. Selan tu bsa dakbatkan oleh pengaruh tpe perlapsan khusus msalnya antara pasr dan lempung, tekanan beban berlebhan pada kepala lereng atau pemotongan kak lereng, dan dalam beberapa kasus struktur tanah umumnya dperlemah oleh proses fska dan kma. Pada permukaan tanah yang tdak horsontal, komponen gravtas cenderung untuk menggerakan tanah ke bawah. Jka komponen gravtas 18

15 sedemkan besar sehngga perlawanan terhadap geseran yang dapat dkerahkan oleh tanah pada bdang longsornya terlampau, maka akan terjad kelongsoran lereng. Analss stabltas pada lereng yang mrng n dsebut analss stabltas lereng. Analss n serng dgunakan dalam perancangan bangunan sepert, jalan raya, jembatan, urugan tanah, saluran dan lan-lan. Umumnya analss n serng dgunakan dalam pengecekan keamanan dar lereng alam, lereng galan dan lereng urugan tanah. Analss stabltas lereng tdaklah mudah karena terdapat banyak faktor yang mempengaruh hasl htungan. Faktor-faktor tersebut msalnya, konds tanah yang berlaps-laps, kuat geser tanah yang ansotrops, alran rembesan ar dalam tanah dan lan-lan. Terzagh (1987) membag penyebab longsoran terdr dar akbat pengaruh dar dalam (nternal effect) dan pengaruh luar (external effect). Pengaruh luar yatu pengaruh yang menyebabkan bertambahnya gaya geser dengan tanpa adanya perubahan kuat geser tanah. Contohnya, akbat perbuatan manusa mempertajam kemrngan tebng atau memperdalam galan tanah dan eros sunga. Pengaruh dalam, yatu longsoran yang terjad dengan tanpa adanya perubahan konds luar atau gempa bum. Contoh yang umum untuk konds n adalah pengaruh bertambahnya tekanan ar por d dalam lereng. 2.8 FAKTOR-FAKTOR PENYEBAB KELONGSORAN Faktor penyebab dar dalam Faktor penyebab terjad longsoran yang berasal dar dalam adalah pengaruh dar karakterstk tanah tu sendr yang dapat menyebabkan terjadnya longsoran. Faktor faktor tu antara lan adalah: 1. Penambahan kadar ar dalam tanah. Pada saat musm penghujan maka kadar ar ddalam tanah akan bertambah sehngga bobot massa tanah juga akan menngkat akbat tersnya rongga antar butr dalam tanah. Hal n akan memcu gerak tanah terutama pada lokas rawan longsor. 2. Pelarutan bahan perekat. Ar yang masuk ke dalam tanah (ar hujan, rembesan bendung, bocoran saluran pada lereng, dsb) akan dapat melarutkan bahan perekat pada 19

16 batuan sedmen. Hal n mampu melongsorkan materal terutama pada daerah rawan gerak tanah. 3. Konds batuan. Kods fsk batuan sepert tnggnya tngkat kelulusan ar / porostas akan semakn mempercepat terjadnya longsoran, demkan juga dengan konds plaststas tanah karena semakn tngg tngkat plaststas maka tanah akan cepat mengembang sehngga mampu memcu gerak tanah. 4. Konds struktur geolog. Konds geolog sepert retakan batuan, adanya patahan, perlapsan mrng batuan atau pada batas lapsan batuan yang lolos ar ( tdak kedap ar ) Faktor Penyebab dar luar Faktor penyebab terjadnya longsoran yang berasal dar luar adalah faktor faktor yang berasal dar luar struktur tanah tersebut namun secara langsung dapat mempengaruh stabltas tanah sehngga dapat menmbulkan terjadnya longsor. 1. Adanya getaran Sumber getaran dapat berasal dar gempa bum, kendaraan berat, mesnmesn yang bekerja, ledakan dnamt, dsb yang mampu menyebabkan terjadnya gerakan tanah. Hal n dapat terjad pada daerah berlereng atau daerah yang labl. 2. Curah hujan Curah hujan yang melput ntenstas dan lamanya hujan. Hujan dengan ntenstas kecl tetap berlangsung dalam kurun waktu yang lama mampu memcu gerakan tanah. 3. Adanya pembebanan tambahan Aktvtas manusa sepert pembuatan bangunan pada sektar tebng dapat menyebabkan terjadnya gerakan tanah. 4. Hlangnya penguat lereng Kejadan n terjad sepert lereng-lereng yang menjad curam akbat pengksan sunga, penambangan materal tanah / batuan, dll. 20

17 5. Hlangnya tumbuhan penutup Akbat penebangan dan kebakaran hutan, tumbuhan penutup akan berkurang sehngga akan terbentuk alur-alur ar dpermukaan tanah. Hal n mampu memcu terjadnya gerakan tanah. 6. Penataan lahan yang kurang tepat Penataan lahan yang kurang tepat sepert pembukaan areal pemukman tanpa memperhtungkan konds struktur tanah dan kurang memperhatkan lngkungan. Hal n jka berlangsung dalam kurun waktu yang lama dapat menyebabkan terjadnya gerakan tanah terutama pada daerah yang mempunya kemrngan tngg Pengaruh Iklm D dekat permukaan tanah, kuat geser tanah berubah dar waktu ke waktu bergantung pada klm. Beberapa jens tanah mengembang pada saat musm hujan dan menyusut pada musm kemarau. Pada musm hujan kuat geser tanah n menjad sangat rendah dbandngkan dengan pada musm kemarau. Oleh karena tu kuat geser yang dpaka dalam analsss stabltas lereng harus ddasarkan pada kuat geser tanah dmusm hujan atau kuat geser tanah pada saat tanah jenuh ar Pengaruh Ar Pengaruh alran atau rembesan ar menjad faktor sangat pentng dalam stabltas lereng, namun pengaruh n sult dndentfkaskan dengan bak. Telah dpelajar bahwa rembesan ar yang terjad d dalam tanah menyebabkan gaya rembesan yang sangat berpengaruh terhadap stabltas lereng. Eros permukaan lereng dapat menyebabkan terkksnya tanah permukaan yang mengurang tngg lereng, sehngga menambah stabltas lereng. Sebalknya, eros yang mengks kak lereng dapat menambah tngg lereng sehngga mengurang stabltas lereng. Sebagan besar terjadnya keruntuhan bangunan bendungan tpe urugan dakbatkan oleh rembesan ar melalu pondas maupun tubuh bendungan. Rembesan merupakan hal yang basa terjad pada bendungan tanah dan pada umumnya tdak masalah. Akan tetap, rembesan yang tdak terkontrol dapat 21

18 menyebabkan eros pada tmbunan atau pada pondas yang dapat menmbulkan sufos, yang merupakan eros yang berkembang pada bendungan. Dawal dar ttk pusat rembesan yang mempunya beda tngg tekanan yang cukup besar sehngga mampu menmbulkan kecepatan pengalran yang menmbulkan eros. Apabla gaya gaya yang menahan rembesan sepert kohes, gaya pengaruh yang salng mengunc, berat partkel tanah, pengaruh flter d hlr dan gaya lannya, lebh kecl darpada gaya eros, maka partkel tanah dapat hanyut dan menmbulkan alran sufos Pengaruh rangkak (Creep) Terdapat ddekat permukaan tanah yang mrng, tanah dpengaruh sklus kembang susut. Sklus n dapat terjad akbat perubahan temperatur, perubahan dar musm kemarau ke musm penghujan dan ddaerah dngn dapat dpengaruh oleh pengaruh pembekuan ar. Saat tanah mengembang, tanah nak sehngga melawan gaya-gaya gravtas. Saat tanah menyusut, tanah turun dbantu oleh gravtas. Hasl dar gerakan keduanya adalah gerakan perlahan lereng turun kearah bawah. Kedalaman zona rangkak bervaras dar beberapa sentmeter sampa beberapa meter tegantung pada sfat tanah dan konds klm. Menurut Taylor (1948), rangkak dapat menyebabkan: 1. Blok batuan bergerak 2. Pohon-pohon melengkung ke atas 3. Bagan lereng melengkung dan menark batuan 4. Bangunan yang menjulang keatas menjad mrng 5. Dndng penahan tanah dan pondas bergerak dan retak 6. Jalan raya dan jalan rel keluar dar alurnya 7. Batu-batu besar menggelndng dan sebaganya 2.9 PEKERJAAN PENANGGULANGAN KELONGSORAN Pekerjaan penanggulangan longsoran melput pekerjaan pengendalan (control works) dan pekerjaan penambatan (restrant works). Adapun pekerjaan pengendalan n dmaksudkan untuk mengurang resko terjadnya longsoran 22

19 dengan cara mengubah konds alam, topograf, atau keadaan ar d bawah permukaan, sepert : 1. Pengendalan ar permukaan (surface water dranage) dengan cara perencanaan tata saluran permukaan, penanaman vegetas, perbakan permukaan lereng dan menutup rekahan. 2. Pengendalan ar rembesan (ground water dranage) dengan saluran terbuka, pengalr tegak (vertcal dran), pengalr datar (horzontal dran), pengalr part pencegat (nterceptor dran). 3. Pekerjaan penngkatan counter weght. Sedangkan pekerjaan penambatan dlaksanakan dengan membangun konstruks yang mampu menjaga kestablan massa tanah/batuan, sepert : 1. Penambatan tanah dengan membangun dndng penahan tanah (retanng wall), bronjong ( gabon ), sumuran, tang pancang, dsb. 2. Penambatan batuan dengan tumpuan beton, baut batuan (rock bolt), pengkat beton, jangkar kabel (rock anchor) jala kawat dan beton semprot (shortcrete). Jka konds penanggulangan datas tdak efektf dan efsen untuk dlaksanakan maka dapat dambl alternatf lanya yang lebh bak sepert penggunaan bahan rngan, penggantan materal, maupun relokas STABILITAS LERENG Pada tempat dmana terdapat dua permukaan tanah yang berbeda ketnggannya, maka akan ada gaya-gaya yang bekerja mendorong sehngga tanah yang lebh tngg kedudukanya cenderung bergerak kebawah. Dsampng gaya yang mendorong kebawah terdapat pula gaya-gaya dalam tanah yang bekerja melawan sehngga kedudukan tanah tetap stabl. Gaya pendorong berupa gaya berat, gaya trs/muatan dan gaya-gaya nlah penyebab terjadnya kelongsoran. Gaya penahan berupa gaya gesekan/geseran, lekatan (dar kohes), kekuatan geser tanah. Antara permukaan dar tanah yang lebh tngg ke permukaan yang lebh rendah dhubungkan suatu permukaan yang dsebut lereng. Dalam bdang teknk spl, kta mengenal 3 jens lereng yang perlu dperhatkan : 23

20 1. Lereng alam, yatu lereng yang terbentuk oleh proses alamah sepert lereng perbuktan. 2. Lereng yang dbuat dalam tanah asl, msalnya pengeprasan tanah untuk keperluan pembuatan jalan maupun saluran untuk rgas. 3. Lereng yang dbuat dar tanah yang dpadatkan msalnya pembuatan tanggul untuk jalan atau waduk urugan. Kelongsoran pada lereng umumnya terjad dalam suatu bdang lengkung. Dalam perhtungan stabltas, lengkungan yang rl n danggap sebaga lngkaran spral logartms. Bdang n dsebut bdang gelncr. Ada tga jens dasar kelongsoran yang terjad pada lereng semacam n yatu : a. Kelongsoran muka, bla kelongsoran terjad sepanjang bdang gelncr yang mash terletak dalam batas lereng D f < 1 Bdang gelncr b. Kelongsoran dasar, bla bdang gelncr longsoran melewat ujung bawah lereng D f = 1 c. Kelongsoran ujung kak, bla bdang gelncr longsoran terletak pada ujung bawah lereng h D f. h D D f > 1 24

21 Kemantapan lereng (slope stablty) sangat dpengaruh oleh kekuatan geser tanah untuk menentukan kemampuan tanah menahan tekanan tanpa mengalam keruntuhan. Dalam praktek, analss stabltas lereng ddasarkan pada konsep kesembangan batas plasts ( lmt plastc equlbrum ). Adapun maksud analss stabltas adalah untuk menentukan faktor aman dar bdang longsor yang potensal. Dalam laporan tugas akhr n, dasar-dasar teor yang dpaka untuk menyelesakan masalah tentang stabltas longsor dan daya dukung tanah menggunakan teor metode rsan (Method of Slce), metode Bshop s (Bshop s Method) dan metode Fellenus. Dalam menganalss stabltas lereng dgunakan beberapa anggapan yatu: 1. Kelongsoran lereng terjad d sepanjang permukaan bdang longsor tertentu dan danggap sebaga masalah bdang dua dmens. 2. Masa tanah yang longsor danggap sebaga benda massf 3. Tahanan geser tanah pada setap ttk sepanjang bdang longsor tdak tergantung dar orentas permukaan longsor atau dengan kata lan kuat geser tanah danggap sotrops 4. Faktor aman ddefnskan dengan memperhatkan tegangan geser rata-rata sepanjang bdang longsor potensal dan kuat geser tanah sepanjang permukaan longsoran. Jad kuat geser tanah mungkn terlampau d ttk-ttk tertentu pada bdang longsornya, padahal faktor aman hasl htungan lebh besar dar Hukum Coulomb berlaku untuk konds runtuh τ r = C r σ r tan φ r 6. Bentuk tegangan adalah lurus 7. Semua gaya yang bekerja telah dketahu 8. Berlaku hukum tegangan total dan tegangan efektf σ = σ u, Dmana: σ = Tegangan total σ = Tegangan efektf u = Tekanan ar por 25

22 Bentuk umum untuk perhtungan stabltas lereng adalah mencar angka keamanan ( FK ) dengan membandngkan momen-momen yang terjad akbat gaya yang bekerja (lhat Gambar 2.7). FK = GayaPenahan GayaPenggerak Rc. L = W. y AC Dmana : FK = Faktor keamanan W = Berat tanah yang akan longsor (kn) L AC = Panjang lengkungan (m) C = Kohes (kn/m 2 ) R = Jar-jar lngkaran bdang longsor yang dtnjau (m) y = Jarak pusat berat W terhadap O (m) Untuk memperoleh nla angka keamanan (FK) suatu lereng, maka perlu dlakukan tral and error terhadap beberapa bdang longsor yang umumnya berupa busur lngkaran dan kemudan dambl nla η mnmum sebaga ndkas bdang longsor krts. Analss stabltas lereng dapat dlhat pada Gambar 2.7. O y R B C W A c Gambar 2.7 Analss Stabltas Lereng Metode Irsan (Method of Slce) Metode rsan merupakan cara-cara analsa stabltas yang telah dbahas sebelumnya hanya dapat dgunakan bla tanah homogen. Bla tanah tdak 26

23 homogen dan alran rembesan terjad ddalam tanahnya memberkan bentuk alran dan berat volume tanah yang tdak menentu, cara yang lebh cocok adalah dengan metode rsan (method of slce) Gaya normal yang bekerja pada suatu ttk dlngkaran bdang longsor, terutama dpengaruh oleh berat tanah d atas ttk tersebut. Dalam metode rsan n, massa tanah yang longsor dpecah-pecah menjad beberapa rsan (pas) vertkal. Kemudan, kesembangan dar tap-tap rsan dperhatkan. Gaya-gaya n terdr dar gaya geser ( Xr dan X ) dan gaya normal efektf (E r dan E ) dsepanjang ss rsannya, dan juga resultan gaya geser efektf (T1) dan resultan gaya normal efektf (N1) yang bekerja dsepanjang dasar rsannya. Pada rsannya, tekanan ar por U dan Ur bekerja d kedua ssnya, dan tekanan ar por U bekerja pada dasarnya. Danggap tekanan ar por sudah dketahu sebelumnya. Sepert yang terdapat pada Gambar 2.8: o x b R X X H R 1 θ τ = c N tgθ U θ W T U θ Gambar 2.8 Gaya-gaya yang Bekerja Pada Irsan Bdang Longsor Metode Bshop s (Bshop s Method) Metode Bshop s n merupakan dasar metode bag aplkas program Mra Slope dan merupakan penyederhanaan dar metode rsan Sldng Metode Bshop s menganggap bahwa gaya-gaya yang bekerja pada ss rsan mempunya resultan nol pada arah vertkal. 27

24 Persamaan kuat geser dalam tnjauan tegangan efektf yang dapat dkerahkan, sehngga tercapanya konds kesembangan batas dengan memperhatkan faktor keamanan. ' c τ = F ( σ u) tgφ' P Dmana : σ = Tegangan normal total pada bdang longsor u = Tekanan ar por Untuk rsan (pas) yang ke-, nla T = τ a, yatu nla geser yang berkembang pada bdang longsor untuk kesembangan batas, karena tu : c' a T = F ( N tg φ' ua ) F Konds kesembangan momen terhadap pusat rotas O antara berat massa tanah yang akan longsor dengan gaya geser total pada dasar bdang longsornya dapat dnyatakan dengan : F = n [ c' b ( W u b ) tgθ '] = 1 = = n = n 1 cosθ (1 tgθ tgφ' / F) W snθ Dmana : F = Faktor Keamanan C = Kohes efektf tanah Ø = Sudut geser dalam efektf tanah b W = Lebar rsan ke = Berat rsan tanah ke θ = Sudut yang dasumskan (ddefnskan) dalam Gambar 2.9 U = Tekanan ar por pada rsan ke 28

25 Nla bandng tekanan por (pore pressure rato) ddefnskan sebaga : r u = ub W = u γ h Dmana : r u = Nla bandng tekanan por u = Tekanan ar por b = Lebar rsan γ = Berat volume tanah h = Tngg rsan rata-rata Adapun bentuk persamaan Faktor Keamanan untuk analss stabltas lereng cara Bshop, adalah F = n [ c' b W (1 ru ) tgθ '] = 1 = = n = n 1 cosθ (1 tgθ tg φ' / F) W snθ Persamaan faktor aman Bshop n lebh sult pemakaannya dbandngkan dengan metode lanya sepert metode Fellenus. Lag pula membutuhkan cara coba-coba (tral and error), karena nla faktor aman (FK) nampak d kedua ss persamaanya. Akan tetap, cara n telah terbukt memberkan nla faktor aman yang mendekat nla faktor aman dar perhtungan yang dlakukan dengan cara lan yang mendekat (lebh telt). Untuk mempermudah perhtungan dapat dgunakan untuk menentukan nla fungs M, dengan rumus : M = cos θ (1 tgθ tgφ' / F) Lokas lngkaran sldng (longsor) krts pada metode Bshop s (1955), basanya mendekat dengan hasl pengamatan d lapangan. Karena tu, walaupun metode Fellenus lebh mudah, metode Bshop s lebh dsuka karena menghaslkan penyelesaan yang lebh telt. Dalam praktek, dperlukan untuk melakukan cara coba-coba dalam menemukan bdang longsor dengan nla faktor aman yang terkecl. Jka bdang longsor danggap lngkaran, maka lebh bak kalau dbuat kotak-kotak dmana tap ttk potong gars-garsnya merupakan tempat kedudukan pusat lngkaran longsornya. Pada ttk-ttk potongan gars yang merupakan pusat lngkaran 29

26 longsornya dtulskan nla faktor aman terkecl pada ttk tersebut. Kemudan, setelah faktor aman terkecl pada tap-tap ttk pada kotaknya dperoleh, dgambarkan gars kontur yang menunjukkan tempat kedudukanya dar ttk-ttk pusat lngkaran yang mempunya faktor aman yang sama. Dar faktor aman pada setap kontur tentukan letak kra-kra dar pusat lngkaran yang menghaslkan faktor aman yang palng kecl Metode Fellenus Analss stabltas lereng cara Fellenus (1927) menganggap gaya-gaya yang bekerja pada ss kanan-kr dar sembarang rsan mempunya resultan nol pada arah tegak lurus bdang longsornya. Faktor keamanan ddefnskan sebaga : Jumlah Momen dar Tahanan Geser Sepanjang Bdang Longsor F = Jumlah Momen dar Berat Massa Tanah yang Longsor F Mr = Md Lengan momen dar berat massa tanah tap rsan adalah R sn θ, maka : Dmana : = Md = R = n 1 Wsnθ R = Jar-jar bdang longsor n = Jumlah rsan W = Berat massa tanah rsan ke- θ I = Sudut yang ddefnskan pada gambar datas Dengan cara yang sama, momen yang menahan tanah yang akan longsor, adalah : = Mr = R = n 1 ( ca N tg φ ) 30

27 karena tu, faktor keamanannya menjad : F = n ( ca N tgφ) = 1 = = n = 1 Wsnθ Gaya-gaya dan asums bdang pada tap pas bdang longsor sepert terdapat pada Gambar 2.9 berkut : o x b R X X θ U U H R τ = c N tgθ θ W T θ Gambar 2.9 Gaya-gaya dan Asums Bdang Pada Tap Pas Bdang Longsor Bla terdapat ar pada lerengnya, tekanan ar por pada bdang longsor tdak berpengaruh pada Md, karena resultante gaya akbat tekanan ar por lewat ttk pusat lngkaran. Substtus antara persamaan yang sudah ada. F = n ca ( W cosθ u a ) tg φ = 1 = = n = 1 W snθ Dmana : F = Faktor keamanan C = Kohes tanah 31

28 φ = sudut geser dalam tanah a = panjang bagan lngkaran pada rsan ke- W = berat rsan tanah ke- u = tekanan ar por pada rsan ke- θi = sudut yang ddefnsakan dalam gambar. Jka terdapat gaya-gaya selan berat lereng tanahnya sendr, sepert beban bangunan d atas lereng, maka momen akbat beban n dperhtungkan sebaga Md. Metode Fellenus memberkan faktor aman yang relatf lebh rendah dar cara htungan yang lebh telt. Batas-batas nla kesalahan dapat mencapa krakra 5 sampa 40% tergantung dar faktor aman, sudut pusat lngkaran yang dplh, dan besarnya tekanan ar por, walaupun analssnya dtnjau dalam tnjauan tegangan total, kesalahannya mash merupakan fungs dar faktor aman dan sudut pusat dar lngkarannya. Cara n telah banyak dgunakan prakteknya. Karena cara htungannya yang sederhana dan kesalahan yang terjad pada ss yang aman. Menentukan Lokas Ttk Pusat Bdang Longsor Untuk mengurang banyaknya percobaan dalam menemukan pusat busur longsor krts, Fellenus member suatu metoda penempatan d atas pusat yang djnkan. Untuk tanah homogen, pusat busur longsor krts berada sejajar PQ. D mana ttk Q mempunya koordnat H vertkal dan 4.5 H horsontal (Gambar 2.10). Ttk P terletak pada sudut geser α dan β sepert pada Tabel

29 Pusat Krts Ttk Pusat Busur Longsor Krts P Grafk Angka Keamanan β α H H 4,5 H Q Gambar 2.10 Poss Ttk Pusat Busur Longsor Pada Gars PQ Tabel 2.5 Sudut sudut petunjuk menurut Fellenus Lereng Sudut Lereng () Sudut sudut petunjuk α β 3 : 1 60 o ~ 29 o ~ 40 o 1 : 1 45 o ~ 28 o ~ 38 o 1 : 1,5 33 o 41 ~ 26 o ~ 35 o 1 : 2 25 o 34 ~ 25 o ~ 35 o 1 : 3 18 o 26 ~ 25 o ~ 35 o 1 : 5 11 o 19 ~ 25 o ~ 37 o Pada tanah φ - c untuk menentukan letak ttk pusat busur lngkaran sebaga bdang longsor yang melalu tumt lereng dlakukan secara coba-coba dmula dengan bantuan sudut-sudut petunjuk dar Fellenus untuk tanah kohesf ( φ = 0 ) 33

30 2.11 METODE ELEMEN HINGGA Uraan Umum Metode elemen hngga adalah prosedur perhtungan yang dpaka untuk mendapatkan pendekatan dar permasalahan matemats yang serng muncul pada rekayasa teknk nt dar metode tersebut adalah membuat persamaan matemats dengan berbaga pendekatan dan rangkaan persamaan aljabar yang melbatkan nla nla pada ttk ttk dskrt pada bagan yang devaluas. Persamaan metode elemen hngga dbuat dan dcar solusnya dengan sebak mungkn untuk menghndarkan kesalahan pada hasl akhrnya. Jarng ( mesh ) terdr dar elemen elemen yang dhubungkan oleh node (Gambar 2.11). Node merupakan ttk- ttk pada jarng d mana nla dar varabel prmernya dhtung. Msalkan untuk analsa dsplacement, nla varabel prmernya adalah nla dar dsplacement. Nla nla node dsplacement dnterpolaskan pada elemen agar ddapatkan persamaan aljabar untuk dsplacement, dan regangan, melalu jarng jarng yang terbentuk. Gambar 2.11 Contoh jarng jarng dar elemen hngga Elemen Untuk Analsa Dua Dmens Analsa dua dmens pada umumnya merupakan analsa yang menggunakan elemen trangular atau quadrlatelar (Gambar 2.12). Bentuk umum 34

31 dar elemen elemen tersebut berdasarkan pada pendekatan Iso Parametrc dmana fungs nterpolas polynomal dpaka untuk menunjukkan dsplacement pada elemen. Gambar 2.12 Elemen elemen Trangular dan Lagrage Interpolas Dsplacement Nla nla node dsplacement pada solus elemen hngga danggap sebaga prmary unknown. Nla n merupakan nla dsplacement pada nodes. Untuk mendapatkan nla nla tersebut harus mengnterpolaskan fungs fungs yang basanya merupakan polymal. Gambar 2.13 Elemen dan Sx Nodded Trangular Anggap sebuah elemen sepert pada Gambar 2.13, U dan V adalah dsplacement pada ttk d elemen pada arah x dan y. Dsplacement n ddapatkan dengan mengnterpolaskan dsplacement pada nodes dengan menggunakan persamaan polynomal : 35

32 36 y a xy a x a y a x a a y x U ), ( = y b xy b x b y b x b b y x U ), ( = Konstanta 5 2 1,...,, a a a dan 5 2 1,...,, b b b tergantung pada nla node dsplacement. Jka jumlah nodes yang menjabarkan elemen bertambah maka fungs nterpolas untuk polymonal yang juga akan bertambah Regangan Regangan pada elemen dapat dturunkan dengan memaka defns standar. Sebaga contoh untuk Sx- node trangle : y b x a x b a a b x v y u b x b b y a a a x u xy y y v yy xx ) (2 ) 2 ( ) ( ) ( ) / ( 2 2 / / = = = = = = ε ε ε Persamaan yang menghubungkan regangan dengan node dsplacement dtuls dalam bentuk persamaan matrx : e = Β.U ε Vektor rengangan ε dan vector node dsplacement masng masng dhubungkan dengan e U : = = V U U V U U e xy yy xx ε ε ε ε Hukum Konsttutf ( Consttutve Law ) Consttutve law dformulaskan untuk membuat matrk hubungan antara tegangan (vektor σ) dengan regangan (vektor ε) : σ = D. ε D mana : D = Matrk kekakuan materal

33 Untuk kasus elaststas sotropc regangan bdang lnear, matrxnya : D mana : 1 v v 0 E D = v 1 v 0 ( 1 2v)(1 v) 1 2v E = Modulus Young v = Possons rato Matrx kekakuan Elemen Gaya pada tanah yang daplkaskan pada elemen danggap sebaga gaya yang bekerja pada nodes. Vektor nodal forces P e Dtuls : P e = P1 P1 P2 P P6 P6 x y x y x y Nodal forces yang bekerja pada ttk I d arah x dan y adalah P x dan dan dhubungkan dengan nodal dsplacement dengan matrk : Sedangkan e e K U = P e e K Merupakan Matrk kekakuan Elemen yang dtuls : P y, K e t = B. D. B. dv Dmana : D = Matrk kekakuan materal B = Matrk penghubung nodal dsplacement dengan regangan dv = Elemen dar volume 37

34 Matrk Kekakuan Global Matrks kekakuan K untuk jarng ( mesh ) elemen hngga dhtung dengan menggabungkan matrk matrk kekakuan elemen d atas. K.U = P Dmana U merupakan vector yang mempunya unsur dsplacement pada semua ttk pada jarng elemen hngga Analsa Elasts Dua Dmens Dalam mencar solus numerk dua dmens konds model yang danalsa tersebut harus sepert pada konds tga dmens. Pendekatan yang dgunakan adalah tegangan bdang atau plane stran (Gambar 2.14). Pendekatan yang serng dgunakan dalam analsa tanah adalah konds tegangan bdang. Gambar 2.14 Analsa tegangan bdang Pada analsa tegangan bdang, nla tegangan yang terletak d luar bdang ( out of plane ), dalam hal n bdang z, adalah nol. 38