ANALISIS STABILITAS LERENG BENDUNGAN USU KUALA BEKALA TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : EDUARD J. H. DS. LAROSA 05 0404 138 BIDANG STUDI GEOTEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2012
ANALISIS STABILITAS LERENG BENDUNG USU KUALA BEKALA Eduard J. H. DS. Larosa NIM: 05 0404 138 Pembimbing: Ir. Rudi Iskandar, MT UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL MEDAN JUNI 2012 ABSTRAK Bendung Kuala Bekala adalah bendung tipe urugan tanah (earth fill dam) dengan tinggi 13 meter. Pada saat skripsi ini disusun, bendung belum dibangun dan belum ada desain material yang pasti, sehingga dalam skripsi ini ditentukan parameter-parameter tanah untuk bendung tersebut. Tanah pada badan bendung adalah tanah homogen, sehingga bendung Kuala Bekala ini adalah bendung homogen. Fungsi bendung ini adalah pengendalian, pemanfaatan dan pengelolaan sumber air sungai Bekala bagi pendidikan di Kampus USU Kuala Bekala. Stabilitas lereng merupakan persoalan rekayasa geoteknik yang sering dijumpai dalam dunia teknik sipil. Lereng yang tidak stabil jelas akan membahayakan lingkungan sekitarnya, oleh sebab itu, analisis stabilitas lereng sangat diperlukan. Keruntuhan lereng diakibatkan oleh meningkatnya tegangan geser suatu massa tanah atau menurunnya kekuatan geser suatu massa tanah, dengan kata lain, kekuatan geser dari suatu massa tanah tidak mampu memikul beban kerja yang terjadi. Skripsi ini bertujuan untuk menganalisis keamanan bendung dengan tolok ukur angka keamanan, sehingga dapat diketahui bendung tersebut aman atau tidak. Analisis dilakukan pada kondisi bendung dengan rembesan tanpa analisis gaya angkat (piping) yang mungkin terjadi di belakang bendung. Analisis juga dilakukan pada saat terjadi rembesan tetap (steady state) dengan 2 kondisi, yaitu pada kondisi tanpa pembebanan, serta pada kondisi dengan pembebanan. Untuk perhitungan stabilitasnya digunakan metoda Simplified Bishop dan metoda elemen hingga. Dari hasil analisis, untuk semua kondisi yang dievaluasi, dihasilkan angka keamanan yang berkisar antara 1,36 sampai 1,54, lebih besar dari angka keamanan yang disyaratkan yaitu 1,3 sampai 1,5. Jadi, dapat ditarik kesimpulan bahwa bendung Kuala Bekala stabil. Kata kunci: stabilitas lereng, angka keamanan, bendung, earth fill dam i
KATA PENGANTAR Puji syukur dan terimakasih kepada Tuhan Yesus Kristus sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini sebagai syarat utama dalam memperoleh gelar sarjana Teknik dari Universitas Sumatera Utara dengan judul Analisa Stabilitas Lereng Bendung USU Kuala Bekala. Dengan menyadari sepenuhnya bahwa penyelesaian Tugas Akhir ini tidak lepas dari bimbingan, bantuan dan dukungan dari banyak pihak, baik moril maupun materil, maka pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT, selaku pembimbing Tugas Akhir, yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran dan tenaga dalam memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Prof. Dr. Roesyanto, MSCE, Bapak Dr. Ir. Sofyan Asmirza S., M.Sc, dan Ibu Ika Puji Hastuty, ST, MT, selaku pembanding Tugas Akhir, atas bantuan dan waktu yang diluangkan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. ii
Secara khusus, penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang tulus dan sedalam-dalamnya kepada: 1. Kedua orang tua tercinta, S. Larosa dan D. Laoli, atas segala jerih payah, kasih sayang, dukungan dan doa yang selalu menyertai penulis. 2. Kepada adik-adik saya yang saya sayangi, Yovitha Larosa, Stanislaus Larosa dan Zion Larosa, saya ucapkan terima kasih atas semua dukungan dan doanya. 3. Kepada teman-teman Ramot DhiEgo Gultom, Andry L.A. Simatupang, Ganda T & P Sitohang, Albert Gunman Manalu, Manunggal Geus Gea dan juga teman-teman yang lain yang tidak dapat saya tuliskan satu persatu. 4. Kak Vera Ambarita dan Bang Yoni Sinuraya, Lynx Net Crew dan Saigon Net Crew. 5. Kepada kakak dan adik-adik di Gang Golf, Kak July, Ben, Roby, Desmond, Andy Ridho Rhoma dkk, dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 6. Semua pihak yang membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini jauh dari sempurna, karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis, untuk itu penulis akan sangat terbuka terhadap segala saran maupun kritik mengenai Tugas Akhir ini. Akhirnya, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan sumbangan pengetahuan bagi yang membaca. Medan, April 2012 Penulis iii
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Metodologi... 2 1.4 Pembatasan Masalah... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konsep Tegangan Efektif... 5 2.2 Kuat Geser Tanah... 6 2.2.1 Kriteria Keruntuhan Mohr Coulomb... 7 2.2.2 Kuat Geser Undrained... 9 2.2.3 Kuat Geser Drained... 10 2.3 Penentuan Parameter Tanah... 11 2.3.1 Penyelidikan Lapangan... 11 2.3.2 Penyelidikan Laboratorium... 13 2.4 Rembesan Pada Struktur Bendungan... 18 iv
2.4.1 Hukum Darcy... 19 2.4.2 Metode Penentuan Garis Freatik... 19 2.4.3 Tekanan Air... 21 2.4.4 Koefisien Rembesan... 22 2.5 Konsep Dasar Stabilitas Lereng... 24 2.5.1 Tujuan Dasar Analisis Stabilitas Lereng... 24 2.5.2 Keruntuhan Pada Lereng... 24 2.5.3 Penyebab Keruntuhan Lereng... 26 2.5.4 Pola Keruntuhan Lereng... 27 2.6 Analisa Kestabilan Lereng... 28 2.6.1 Konsep angka keamanan... 28 2.6.2 Stabilitas Talud Menerus Tanpa Rembesan... 32 2.6.3 Stabilitas Talud Menerus dengan rembesan... 33 2.6.4 Metode Analisis Kestabilan Lereng... 34 BAB III METODOLOGI ANALISIS 3.1 Pengumpulan dan Interpretasi Data... 41 3.2 Korelasi Data... 41 3.2.1 Parameter Umum (γ unsat dan γ sat )... 41 3.2.2 Parameter permeabilitas (k)... 42 3.2.3 Parameter Kekakuan (E dan v)... 42 3.2.4 Parameter kekuatan (c, dan ψ)... 45 3.3 Analisis Kondisi Lapisan Tanah... 49 BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN 4.1 Kondisi Awal Lereng... 51 v
4.2 Analisa dengan Metode Simplified Bishop... 53 4.2.1 Penentuan Garis Freatik... 53 4.2.2 Penentuan Lokasi Bidang Runtuh... 58 4.3 Analisa dengan Metode Elemen Hingga... 70 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 80 5.2 Saran... 81 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Faktor keamanan untuk kondisi lingkungan dan ketepatan parameter tanah.. 30 2.2 Faktor keamanan untuk frekuensi keruntuhan yang terjadi... 30 3.1 Nilai koefisien permeabilitas berdasarkan jenis tanah... 42 3.2 Korelasi Modulus Elastisitas dengan nilai N-SPT... 43 3.3 Modulus Elastisitas untuk berbagai jenis tanah... 44 3.4 Nilai Modulus Elastisitas dan Poissons Ratio... 46 3.5 Sifat tanah berdasarkan plastisitasnya... 47 3.6 Sudut geser dalam berbagai jenis tanah... 47 3.7 Sudut geser dalam tanah selain tanah lempung... 51 4.1 Parameter tanah pada bendungan Kuala Bekala... 51 4.2 Keterangan lapisan tanah... 51 4.3 Titik-titik koordinat garis parabola rembesan... 56 4.4 Nilai r u setiap irisan... 60 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Kelongsoran talud... 1 4.5 Tegangan pada tanah... 5 4.6 Kondisi tegangan pada keadaan runtuh... 8 4.7 Strength envelope Ø=0 untuk tanah lempung dalam keadaan undrained... 10 4.8 Selubung tegangan efektif dan tegangan total... 11 4.9 Perkiraan jenis tanah dari Cone Penetration Test... 12 4.10 Hubungan antara kohesi dan nilai N-SPT untuk tanah kohesif... 13 4.11 Diagram susunan alat uji geser langsung... 14 4.12 Keruntuhan Mohr-Coulomb tanah terkonsolidasi normal pada kondisi drained... 16 4.13 Lingkaran Mohr untuk tegangan total dan tegangan efektif tanah terkonsolidasi normal pada kondisi undrained... 16 4.14 Lingkaran mohr untuk tegangan total dan tegangan efektif tanah overkonsolidasi pada kondisi undrained... 17 4.15 Lingkaran mohr untuk tanah terkonsolidasi normal pada test UU... 18 4.16 Lingkaran Mohr pada test undrained... 18 4.17 Tekanan, elevasi dan tinggi total untuk aliran air dalam tanah... 20 4.18 Beberapa jenis pola keruntuhan lereng... 28 4.19 Beberapa variasi definisi faktor keamanan... 31 6.1 Model penampang lereng bendungan... 52 6.2 Garis freatik pada bendungan homogen... 54 viii
6.3 Grafik untuk hitungan rembesan (Taylor,1948)... 55 6.4 Garis parabola rembesan bendungan Kuala Bekala... 57 6.5 Variasi drainase dengan kemiringan sudut 90 o... 57 6.6 Garis parabola rembesan bendungan Kuala Bekala yang dimodifikasi... 58 6.7 Angka stabilitas untuk lingkaran ujung dasar talud yang kritis... 62 6.8 Angka stabilitas untuk lingkaran kritis dengan faktor keamanan tertentu... 63 6.9 Koordinat X dan Y untuk lingkaran ujung dasar talud yang kritis... 65 6.10 Koordinat X dan Y untuk lingkaran dengan faktor kedalaman D=1... 66 6.11 Penampang irisan lereng bendungan Kuala Bekala... 67 6.12 Irisan pada lereng bendungan Kuala Bekala... 68 6.13 Jenis tanah yang terdapat pada irisan... 69 6.14 Dimensi lereng bendungan Kuala Bekala... 74 6.15 Model penampang lereng bendungan Kuala Bekala... 75 6.16 Tahapan perhitungan dengan Plaxis... 76 6.17 Kondisi displacement awal lereng... 77 6.18 Kondisi regangan pada lereng... 77 6.19 Titik-titik plastis pada lereng... 78 6.20 Kondisi tegangan total... 79 6.21 Kondisi tegangan efektif... 79 6.22 Kurva tekanan pori vs waktu... 80 6.23 Kurva tegangan vs regangan... 81 6.24 Faktor keamanan lereng pada plaxis... 82 ix