ANALISIS STABILITAS LERENG DENGAN PERKUATAN GEOTEKSTIL Niken Silmi Surjandari 1), Bambang Setiawan 2), Ernha Nindyantika 3) 1,2 Staf Pengajar dan Anggota Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS Solo; email: silmi@uns.ac.id 3 Alumni S1 Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS Solo ABSTRAK Aplikasi geotekstil untuk perkuatan lereng adalah untuk menambah stabilitas lereng dan memiliki fungsi sebagai pengganti dinding penahan tanah. Geotekstil anyam dipilih karena mengurangi efek tekanan di satu titik tertentu terutama di bagian tanah yang tidak stabil. Tanah hanya mempunyai kekuatan untuk menahan tekan, tetapi tidak dapat menahan tarik. Kelemahan terhadap tarik ini dipenuhi oleh geotekstil. Tujuan penelitian ini menghitung nilai faktor aman (SF) pada lereng sebelum dan sesudah diberi perkuatan geotekstil dengan beberapa variasi, menggunakan program komputer dan perhitungan manual. Pemodelan lereng yaitu dua variasi kemiringan lereng (1:2 dan 1:3), dua variasi kuat tarik geotekstil (54 kn/m dan 64 kn/m), dan dua variasi panjang geotekstil (3h dan 4h). Seluruh variasi dibebani oleh dua beban titik seberat 10 ton. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa analisis stabilitas lereng menggunakan program komputer menghasilkan nilai faktor aman (SF) lebih kecil dibandingkan dengan perhitungan manual. Perhitungan manual model lereng dengan perkuatan menghasilkan nilai SF internal (cabut tulangan, patah tulangan, dan panjang overlap) dan SF eksternal (geser, guling, dan keruntuhan pondasi), sedangkan analisis dengan program komputer menghasilkan nilai SF total lereng. Semakin curam lereng memberikan nilai faktor aman yang semakin kecil. Kuat tarik dan panjang geotekstil semakin besar, maka semakin besar pula nilai faktor aman lereng. Kata kunci : angka aman, kemiringan lereng, kuat tarik geotekstil, panjang geotekstil, stabilitas lereng. Latar Belakang Masalah Lereng adalah permukaan tanah yang miring dan membentuk sudut tertentu terhadap bidang horisontal. Apabila dijumpai dua permukaan tanah yang berbeda ketinggiannya, maka akan ada gaya-gaya yang bekerja mendorong sehingga tanah yang lebih tinggi kedudukannya cenderung bergerak kearah bawah yang menyebabkan terjadinya longsor. (Putra dkk., 2010) Tujuan utama analisis stabilitas lereng adalah untuk memberikan kompetensi terhadap suatu perencanaan konstruksi yang aman dan ekonomis. Salah satu bentuk perkuatan ialah menggunakan geotekstil. Penggunaan geotekstil diharapkan sebagai pengganti fungsi dinding penahan tanah karena dirasa lebih mudah dalam pelaksanaan pembangunannya dan tidak mempunyai resiko besar bila terjadi deformasi struktur. (Tatsuoka dkk., 2008) Pada penelitian ini, analisis stabilitas lereng menggunakan perkuatan geotekstil dengan beberapa variasi yaitu: kemiringan lereng, panjang geotekstil, dan kuat tarik geotekstil. Hasil analisis adalah sebuah nilai faktor aman sebelum dan sesudah diberi perkuatan dengan berbagai variasi tersebut. Hasil analisis ditampilkan dalam bentuk kurva. KoNTekS 6 G-11
Dasar Teori Kuat geser tanah adalah kemampuan tanah melawan tegangan geser yang terjadi pada saat dibebani. Keruntuhan geser tanah terjadi bukan disebabkan karena hancurnya butir-butir tanah tersebut tetapi karena adanya gerak relatif antara butir-butir tanah tersebut. Pada peristiwa kelongsoran suatu lereng berarti telah terjadi pergeseran antar butir-butir tanah tersebut. Kekuatan geser yang dimiliki oleh tanah disebabkan oleh kohesi antar butir-butir tanah dan atau gesekan antara butir-butir tanah yang direpresentasikan oleh sebuah besaran yang disebut sudut gesek dalam. Analisis stabilitas lereng tidak mudah karena terdapat banyak faktor yang mempengaruhi hasil hitungan, antara lain: kondisi tanah yang berlapis-lapis, kuat geser tanah yang anisotropis, aliran rembesan air dalam tanah, dan lain-lain. Analisis stabilitas lereng didasarkan pada konsep keseimbangan batas plastis. Tujuan analisis stabilitas lereng adalah mendapatkan faktor aman dari bidang longsor potensial. Faktor aman (SF) didefinisikan sebagai nilai banding antara gaya yang menahan dan gaya yang menggerakkan. (Hardiyatmo, 2006) = (1) τ : tahanan geser maksimum yang dapat dikerahkan oleh tanah (kn/m 2 ) τd : tegangan geser yang terjadi akibat gaya berat tanah yang akan longsor (kn/m 2 ) Salah satu metode analisis stabilitas lereng adalah metode irisan (method of slice). Gaya normal yang bekerja pada suatu titik di lingkaran longsor, terutama dipengaruhi oleh berat tanah di atas titik tersebut. Massa tanah yang longsor dipecah-pecah menjadi beberapa irisan vertikal, kemudian keseimbangan dari tiap-tiap irisan diperhatikan. Gambar 1 memperlihatkan satu irisan dengan gaya-gaya yang bekerja padanya. Gaya-gaya tersebut terdiri gaya geser dan gaya normal efektif di sepanjang sisi irisannya, dan juga resultan gaya geser efektif dan resultan gaya normal efektif yang bekerja di sepanjang dasar irisannya. Pada irisannya, tekanan air pori bekerja di kedua sisi dan dasarnya. Metode stabilitas lereng cara Fellinius tahun 1927 menganggap gaya-gaya yang bekerja pada sisi kanan-kiri dari sembarang irisan mempunyai resultan nol pada arah tegak lurus bidang longsor. Hardiyatmo (2006) menyatakan bila terdapat air pada lereng, tekanan air pori pada bidang longsor tidak menambah momen akibat tanah yang akan longsor karena resultan gaya akibat tekanan air pori lewat titik pusat lingkaran sehingga diperoleh Persamaan 2. (ca i + w i cosө i. tg φ) SF = (2) w i sinө i dengan : c : kohesi tanah (kn/m 2 ) φ a i w i ө i : sudut gesek dalam tanah (derajat) : panjang lengkung lingkaran pada irisan ke-i (m) : berat tanah ke- i (kn) : sudut dari pusat irisan ke titik berat (derajat) G-12 KoNTekS 6
Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada irisan (Fellinius, 1927 dalam Hardiyatmo, 2006) Pada tahun 1985, Das membagi penyebab kelongsoran lereng terdiri dari pengaruh internal dan eksternal. Pengaruh internal merupakan kelongsoran yang terjadi tanpa adanya perubahan kondisi luar. Pengaruh eksternal adalah pengaruh yang menyebabkan bertambahnya gaya geser dengan tanpa adanya perubahan kuat geser tanahnya. Berdasarkan hal tersebut maka perlu adanya kontrol stabilitas lereng yang dibagi menjadi stabilitas internal dan stabilitas eksternal. a) Analisis stabilitas internal Stabilitas massa tanah bertulang pembentuk dinding penahan tanah terhadap pengaruh gaya-gaya yang bekerja. Hitungan stabilitas internal umumnya ditujukan untuk mengevaluasi jarak dan panjang tulangan yang memenuhi syarat stabilitas dan keamanan struktur. Hitungan stabilitas menurut teori tekanan tanah lateral. Analisis stabilitas internal diperlihatkan di Persamaan 3 sampai dengan Persamaan 5. (Hardiyatmo, 2006) Faktor aman terhadap cabut tulangan (SFp) 2 µ σ v Le SF r = 1.5 (3) σ h. h Le : panjang geotekstil di belakang bidang longsor (m) σ v : tekanan vertikal tanah (kn/m 2 ) µ : tg (2φ / 3) h : jarak antar perkuatan tanah (m) σ h : tekanan horizontal tanah pada kedalaman yang ditinjau (kn/m 2 ) Faktor aman terhadap putus tulangan (SFr) T a SF p = 1.5 (4) σ h. h Ta : kuat tarik ijin geotekstil (kn/m) Faktor aman dihitung berdasarkan panjang overlap geotekstil (SFl) 2 µ z γb Lo SF l = 1.5 (5) σ hc. h dengan : Lo : panjang overlap geotekstil (m) σ hc : rata-rata tekanan horizontal setiap lapisan (kn/m 2 ) KoNTekS 6 G-13 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 November 2012
b) Analisis stabilitas eksternal Stabilitas eksternal tanah bertulang bergantung pada kemampuan massa tanah bertulang untuk menahan beban-beban luar dengan tanpa adanya risiko keruntuhan struktur. Beban-beban tersebut termasuk tekanan lateral tanah di belakang struktur dan yang bekerja di atasnya. Faktor aman stabilitas ini ditinjau berdasarkan stabilitas terhadap penggeseran, guling, dan daya dukung, diberikan oleh Persamaan 6 sampai dengan Persamaan 9. (Hardiyatmo, 2006). Faktor aman terhadap penggeseran Pp SF = 1.5 (6) Pa Pp : gaya yang melawan (kn) Pa : resultan gaya-gaya horizontal (kn) Faktor aman terhadap guling M P SF = 1.5 (7) M A M P M A : jumlah momen pasif (kn.m) : jumlah momen aktif (kn.m) Stabilitas terhadap keruntuhan pondasi σ ult = c. Nc + γ. H. Nq + 0,5. γ. B. Nγ (8) σ ult SF = 2 (9) σ v σ ult γ H : kuat dukung tanah (kn/m2) : berat volume tanah : tinggi konstruksi perkuatan Nc, Nq, Nγ : koefisien-koefisien kapasitas dukung yang merupakan fungsi dari sudut geser dalam tanah. Fungsi perkuatan geotekstil pada perkuatan lereng dapat dianalogikan sebagai fungsi tulangan, seperti istilah pada beton bertulang. Tanah hanya mempunyai kekuatan untuk menahan tekan, tetapi tidak dapat menahan tarik. Kelemahan terhadap tarik ini dipenuhi oleh geotekstil. Geotekstil yang mempunyai kemampuan menahan tarik dapat memberikan perkuatan dalam bentuk tulangan dalam berbagai macam bentuk. G-14 KoNTekS 6
Metode Penelitian Variasi yang digunakan dalam penelitian ini : Kemiringan lereng (x:y) : 2:1 dan 3:1 Kuat tarik geotekstil : 54 kn/m dan 64 kn/m Panjang geotekstil : 3h dan 4h dengan h adalah jarak antar geotekstil Data tanah yang digunakan berdasarkan Borlog BH-9 Kali Sawur : - Lanau Berpasir ( 0 3 m) γb : 17,913 kn/m 3 kohesi (c) : 21,036 kn/m 2 γsat : 21,572 kn/m 3 sudut geser (φ) : 45,22 o E ref : 50000 kn/m 2 υ : 0,35 - Pasir Berbatu ( 3 7 m) γb : 18,992 kn/m 3 kohesi (c) : 2,31 kn/m 2 γsat : 20,405 kn/m 3 sudut geser (φ) : 38,71 o E ref : 10000 kn/m 2 υ : 0,35 - Lanau ( 7 10 m) γb : 17,060 kn/m 3 kohesi (c) : 25,826 kn/m 2 γsat : 19,463 kn/m 3 sudut geser (φ) : 23,22 o E ref : 50000 kn/m 2 υ : 0,35 Hasil Penelitian Dan Pembahasan Hasil perhitungan stabilitas lereng diberikan di Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1. Nilai stabilitas lereng tanpa perkuatan Kemiringan Lereng (x:y) Metode Perhitungan 2:1 3:1 Program Komputer 1,352 1,284 Metode Fellenius 1,497 1,468 Perhitungan stabilitas lereng secara manual menghasilkan enam faktor aman, sedangkan analisis dengan program komputer hanya diperoleh satu nilai faktor aman. Perbandingan hasil analisis ini tidak dapat dibandingkan secara langsung karena perhitungan secara manual tidak menghasilkan faktor aman secara keseluruhan melainkan ditinjau internal dan eksternal. Sedangkan, analisis dengan program komputer menghasilkan satu faktor aman secara keseluruhan dari model yang dianalisis. Hasil dari Tabel 2 kemudian disajikan dalam bentuk gambar (Gambar 2 sampai dengan Gambar 5). KoNTekS 6 G-15 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 November 2012
Tabel 2. Stabilitas lereng dengan perkuatan Variasi Stabilitas Internal Stabilitas Eksternal SFp SFr SFl Geser Guling Keruntuhan Pondasi Program Komputer 1 2,249 4,702 2,303 3,132 5,986 5,075 1,221 2 1,461 3,429 1,832 4,567 8,920 5,622 1,323 3 1,999 3,135 1,535 4,089 7,942 5,440 1,298 4 4,367 3,429 1,832 6,002 11,853 6,169 1,313 5 0,850 5,573 2,303 3,132 6,822 5,075 1,221 6 1,648 4,064 1,832 4,567 8,920 5,622 1,331 7 1,565 5,573 2,303 4,089 7,942 5,440 1,298 8 4,046 4,064 1,832 6,002 11,853 6,169 1,373 9 2,249 4,702 2,303 3,132 5,986 4,759 1,22 10 2,114 3,429 1,832 4,567 8,920 5,272 1,254 11 1,189 6,489 1,880 4,089 7,942 5,101 1,266 12 4,308 3,429 1,832 6,002 11,853 4,759 1,285 13 2,295 5,573 2,303 3,132 5,986 4,759 1,221 14 2,021 4,064 1,832 4,567 8,920 5,272 1,266 15 3,325 5,573 2,303 4,089 7,942 5,101 1,277 16 4,688 4,064 1,832 6,002 11,853 5,784 1,295 G-16 KoNTekS 6
Pembahasan SF Ditinjau Dari Kemiringan Lereng SF 1,7 1,6 1,5 1,495 1,573 1,567 1,545 1,522 1,638 1,55 1,4 1,477 kemiringan 1:2 1,3 3 4 4,5 6 Panjang geotekstil (m) kemiringan 1:3 Gambar 2. Grafik hubungan antara SF dan panjang geotekstil pada besar kuat tarik geotekstil 54 kn/m SF 1,7 1,65 1,6 1,55 1,5 1,45 1,4 1,35 1,3 1,647 1,577 1,573 1,548 1,556 1,496 1,531 1,483 kemiringan 2:1 kemiringan 3:1 3 4 4,5 6 Panjang geotekstil (m) Gambar 3. Grafik hubungan antara SF dan panjang geotekstil pada besar kuat tarik geotekstil 64 kn/m Gambar 2 dan Gambar 3 menunjukkan bahwa lereng dengan kemiringan 2:1 lebih stabil dibandingkan lereng dengan kemiringan 3:1. Hal ini ditunjukkan dengan nilai SF nya yang lebih besar pada lereng dengan kemiringan 2:1 dibanding 3:1. Kondisi tersebut dijumpai baik pada kuat tarik geotekstil 54 K/m dan 65 kn/m. Hal ini dikarenakan lereng dengan kemiringan 2:1 lebih landai sehingga perpindahan tanah tidak sebesar lereng kemiringan 3:1. KoNTekS 6 G-17 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 November 2012
Pembahasan SF Ditinjau Dari Kuat Tarik Perkuatan SF 1,7 1,65 1,6 1,55 1,5 1,45 1,4 1,647 1,638 1,573 1,577 1,573 1,567 1,496 1,495 54 kn/m 64 kn/m 3 4 4,5 6 Panjang geotekstil (m) Gambar 4. Grafik hubungan antara SF dan panjang geotekstil pada kemiringan 1:2 1,7 1,65 54 kn/m 64 kn/m SF 1,6 1,55 1,5 1,45 1,483 1,477 1,548 1,556 1,545 1,522 1,55 1,531 1,4 3 4 4,5 6 Panjang geotekstil (m) Gambar 5. Grafik hubungan antara SF dan panjang geotekstil pada kemiringan 1:3 Pemakaian kuat tarik geosintetik juga berpengaruh pada nilai SF dari lereng. Gambar 4 dan Gambar 5 merupkan analisis grafik yang mana terlihat perbedaan nilai kuat tarik geosintetik 64 kn/m lebih stabil dibandingkan 54 kn/m. Hasilnya, lereng yang yang menggunakan kuat tarik lebih besar memiliki SF lebih besar bila dibandingkan dengan kuat tarik lebih kecil. Karena geosintetik bekerja melawan tekanan tanah aktif sehingga mengurangi pergerakan tanah. Namun, perbedaan nilai SF antara dua perkuatan ini sangat G-18 KoNTekS 6
kecil sehingga dibutuhkan perbedaan kuat tarik yang lebih besar agar terlihat seberapa besar pengaruh kuat tarik geosintetik terhadap SF. Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh penelitian ini adalah: a. Analisis stabilitas lereng menggunakan program komputer menghasilkan nilai faktor aman (SF) lebih kecil dibandingkan dengan perhitungan manual. b. Nilai SF naik antara 0,24 hingga 0,32 untuk kenaikan panjang geotekstil. c. Nilai SF naik antara 0,01 hingga 0,09 untuk lereng lebih landai dan geotekstil lebih panjang. d. Nilai SF naik antara 0,001hingga 0,01 untuk kenaikan kuat tarik geotekstil dan panjang geotekstil. Daftar Pustaka Hardiyatmo, C. H., 2006. Teknik Fondasi 1. Edisi Ketiga. Bulaksumur, Yogyakarta : Gajah Mada University Press. Hardiyatmo, C. H., 2006. Mekanika Tanah 2. Edisi Keempat. Bulaksumur, Yogyakarta : Gajah Mada University Press. Hardiyatmo, C. H., 2008. Geosintetik untuk Rekayasa Jalan Raya Perancangan dan Aplikasi. Edisi Pertama. Bulaksumur, Yogyakarta : Gajah Mada University Press. Tatsuoka,F, Palmeira, E. M, Bathrust R. J., 2008. Advances in Geosynthetics Materials and Applications for Soil Reinforcement and Environmental Protection Works. EJGE Bouquet : 1-35. KoNTekS 6 G-19 Universitas Trisakti, Jakarta 1-2 November 2012
G-20 KoNTekS 6