4.1. Umum
Pada bab ini pembahasan dibagi menjadi dua, yaitu pertama analisa kestabilan lereng dilakukan terhadap asumsi disain yang digunakan pada saat terjadi kelongsoran dan analisa kestabilan lereng pada kondisi setelah dilakukan perkuatan dengan beban kontra. Pada bagian kedua disain perkuatan beban kontra dilakukan dengan simulasi trial and error.
Khusus untuk bagian pertama, analisa kestabilan akan dilakukan menggunakan dua cara, yaitu metode irisan yang disederhanakan dan metode elemen hingga melalui piranti lunak Plaxis. Pada bagian kedua, perhitungan analisa kestabilan terhadap simulasi permodelan penambahan beban kontra hanya dilakukan dengan software Plaxis.
4.2 Analisa Kestabilan Lereng pada Saat Terjadi Kelongsoran
Berdasarkan hasil penyelidikan lapangan dan laboratorium, kondisi tanah di bawah permukaan sampai dengan kedalaman 25 meter adalah berupa Lempung. Dimana tanah sampai kedalaman 22 meter berupa lempung lanau dengan sifat lunak sampai keras, sedangkan di bawah 22 meter berupa lempung serpih dengan sifat keras. Dan permukaan air tanah adalah pada 17 meter dari puncak timbunan, atau 4 meter pada posisi BM1.
Faktor Keamanan yang direkomendasikan adalah sebagaimana Tabel 2.3.
pada Bab II, dengan asumsi Resiko Menengah Tanpa Beban Gempa dengan parameter kekuatan geser sisa, yaitu sebesar 1.35. Karena di bawah lereng adalah bukan pemukiman tapi berupa tanah perkebunan. Sedangkan di atas timbunan terdapat jalan tol dengan lalu lintas Jakarta Bandung yang cukup padat.
4.2.1 Analisa Metode Irisan
Gambar berikut adalah potongan bidang longsoran dan parameter tanah.
Parameter Tanah sebagai berikut :
Lapisan tanah 1 ( 0 - 14 meter) c = 2,5 t/m2
φ = 5°
γ = 1,63 t/m³
Lapisan tanah 2 (14 meter – 25 meter) c = 2,5 t/m2
φ = 5°
γ = 1,70 t/m³
Lapisan tanah 3 ( > 25 meter) c = 3,6 t/m2
φ = 15°
γ = 1,80 t/m³
6.3
49°
43°
38°
33°
28°
23°
19° 14°
10°
6° 2° 3° 7° 11°
15°
20°
24°
25.4
11.913.5
120.0
Gambar 4.1
Potongan Bidang Longsoran
Selanjutnya dihitung dengan cara manual dengan menggunakan Metode Irisan Langkah – langkah perhitungan sebagai berikut :
• Membagi irisan menjadi 17 irisan
• Menghitung titik berat di setiap irisan
• Mengukur lebar beban merata di setiap irisan
• Mengukur sudut jari- jari terhadap titik berat setiap irisan
Irisan Luas γ Wn P Wn tot α sin α cos α ΔLn u u.L. c Ln c Wn sin α Wn cos α (Wn cos α) - u.L tan ø D X E
(t/m3) (t/m2) A B C D E F
1 22,7 1,63 37,001 15 52,001 49 0,75 0,656 9,6 0 0 2,5 24 39,00075 34,112656 34,112656 0,087 2,967801072 2 80,3 1,63 130,889 15 145,889 43 0,68 0,731 10,3 0 0 2,5 25,75 99,20452 106,644859 106,644859 0,087 9,278102733 3 124 1,63 202,12 0 202,12 38 0,61 0,788 9,5 6,9 65,55 2,5 23,75 123,2932 159,27056 93,72056 0,087 8,15368872 4 120,2 1,63 195,926 0 259,506 33 0,54 0,838 8,9 12,2 108,58 2,5 22,25 140,13324 217,466028 108,886028 0,087 9,473084436
37,4 1,7 63,58
5 105,5 1,63 171,965 0 294,535 28 0,47 0,883 8,5 16,5 140,25 2,5 21,25 138,43145 260,074405 119,824405 0,087 10,42472324 61,3 1,7 104,21
10,2 1,8 18,36
6 88,1 1,63 143,603 0 312,463 23 0,39 0,92 8,2 20,1 164,82 2,5 20,5 121,86057 287,46596 122,64596 0,087 10,67019852 61 1,7 103,7
36,2 1,8 65,16
7 83,3 1,63 135,779 0 343,519 19 0,32 0,945 7,9 23 181,7 3,6 28,44 109,92608 324,625455 142,925455 0,268 38,30402194 61 1,7 103,7
57,8 1,8 104,04
8 68,5 1,63 111,655 0 351,615 14 0,24 0,97 7,7 25,2 194,04 3,6 27,72 84,3876 341,06655 147,02655 0,268 39,4031154 61 1,7 103,7
75,7 1,8 136,26
9 32,8 1,63 53,464 0 315,384 10 0,17 0,984 7,6 24 182,4 3,6 27,36 53,61528 310,337856 127,937856 0,268 34,28734541 61 1,7 103,7
87,9 1,8 158,22
10 23,9 1,63 38,957 0 314,377 6 0,1 0,994 7,6 24,2 183,92 3,6 27,36 31,4377 312,490738 128,570738 0,268 34,45695778 61 1,7 103,7
95,4 1,8 171,72
11 17,3 1,63 28,199 0 309,379 2 0,03 0,999 7,5 23,8 178,5 3,6 27 9,28137 309,069621 130,569621 0,268 34,99265843 61 1,7 103,7
98,6 1,8 177,48
12 19,2 1,63 31,296 0 312,476 -3 -0,05 0,998 7,5 23,9 178,5 3,6 27 -15,6238 311,851048 133,351048 0,268 35,73808086 61 1,7 103,7
98,6 1,8 177,48
13 7,6 1,63 12,388 0 284,208 -7 -0,12 0,993 7,6 22,3 169,48 3,6 27,36 -34,10496 282,218544 112,738544 0,268 30,21392979 61 1,7 103,7
93,4 1,8 168,12
14 58,2 1,7 98,94 0 252,66 -11 -0,19 0,982 7,6 19 144,4 3,6 27,36 -48,0054 248,11212 103,71212 0,268 27,79484816 85,4 1,8 153,72
15 51,6 1,7 87,72 0 217,14 -15 -0,26 0,966 7,8 16,7 130,26 3,6 28,08 -56,4564 209,75724 79,49724 0,268 21,30526032 71,9 1,8 129,42
16 28 1,7 47,6 0 145,69 -20 -0,34 0,939 8 11,1 88,8 3,6 28,8 -49,5346 136,80291 48,00291 0,268 12,86477988 57,7 1,7 98,09
17 32,1 1,8 57,78 0 57,78 -24 -0,4 0,913 8,2 4,3 35,26 3,6 29,52 -23,112 52,75314 17,49314 0,268 4,68816152
2146,46 ∑ 443,50 723,73 3904,12 ∑ 365,02
FS = ∑A+∑D = 1,12
∑B
PERHITUNGAN MASSA YANG LONGSOR DIBAGI MENJADI 17 IRISAN TABEL 4.1
Beban lalu lintas dan kompensasi perkerasan diasumsikan diambil sebesar 30 kPa (3 ton/m²). Dari 17 irisan hanya pada irisan nomor 1 dan 2 yang terkena pengaruh beban lalu lintas.
6.3
89,8 89,8 89,8 89,8 82,7 77,9 79,1 71,5 58.2 51.6 28.0
37,5
Sketsa Pembebanan dan Luas Irisan Tiap-tiap Lapisan (dalam m²)
Dari perhitungan secara manual sebagaimana Tabel 4.1 dengan menggunakan metode Bishop yang disederhanakan didapatkan SF ( factor keamanan ) 1,12. Hasil tersebut lebih kecil dari factor keamanan FS = 1,35 yang dituju sebagaimana Tabel 4.0.
4.2.2 Metode Elemen Hingga dengan Software Plaxis
Dengan data-data kekuatan geser tanah sebagaimana BAB III, faktor keamanan akan dihitung kembali dengan metode Elemen Hingga melalui perangkat lunak Plaxis. Beban Lalu Lintas diperkirakan sebesar 20 kPa dan beban bahu jalan sebesar 10 kPa.
Untuk menghitung angka keamanan dengan menggunakan Plaxis, parameter yang diperlukan selain c , Ø, dan γ adalah :
a. Permeabilitas (kx dan ky)
Permeabilitas mempunyai satuan kecepatan (satuan panjang per satuan waktu). Masukan berupa parameter permeabilitas hanya dibutuhkan untuk analisis konsolidasi dan untuk perhitungan aliran air dalam tanah.
Permeabilitas dalam Plaxis dibedakan antara permeabilitas horisontal, kx, dan permeabilitas vertikal, ky, karena beberapa jenis tanah (misalnya gambut) mempunyai perbedaan permeabilitas arah horisontal dan vertikal yang jauh berbeda. Dalam kasus ini kx dan ky tidak ada perbedaan.
Sesuai dengan Tabel 2.2, diasumsikan untuk tanah timbunan lempung dalam kasus ini sebesar 0,0001 m/hari dan tanah asli adalah sebesar 0,00001 m/hari.
Table 4.2.
Typical Values of Coefficient of Permeability For Various Soils (Braja M.
Das., 1987)
Material Coefficient of Permeability, cm/s
Coarse
Fine gravel, coarse and medium sand Fine Sand, Loose silt
Dense Silt, Clayey silt Silty clay, clay
1 to 102
Plaxis menggunakan modulus Young sebagai modulus kekakuan dasar dalam model elastis dan model Mohr-Coulumb. Berdasarkan Tabel Korelasi sebagaimana Tabel 4.3. Besarnya modulus Young diasumsikan termasuk katagori medium clay, sehingga diintepretasikan sebesar 5.000
Tabel 4.3
Prakiraan Modulus Elastic Material
c. Angka Poisson (v)
Sesuai dengan Tabel 4.4 tentang angka Poisson dari Bowles J.E. 2002.
Angka Poisson dari tanah diintepretasikan sebesar 0,3 berlaku untuk timbunan maupun tanah asli.
Tabel 4.4
Poisson Ratio untuk berbagai Material
Secara lengkap parameter yang digunakan dalam perhitungan Plaxis adalah sebagai berikut :
Tabel 4.5
Parameter Tanah untuk Perhitungan Plaxis
Symbol
Lapisan 1
Lapisan 2
Lapisan
3 Parameter
γunsat 16,3 17,0 18,0 Berat isi tanah dry (kN/m2)
γsat 17,3 18,0 19,0 Berat isi tanah saturated
kx 0,0001 0,0001 0,00001 Permeabilitas x (m/day) ky 0,0001 0,0001 0,00001 Permeabilitas y (m/day)
Eref 3000 5000 50000 Modulus Young (kN/m2)
V 0,3 0,3 0,3 Angka Poisson
cref 25 25 35 Kohesi (kN/m2)
Ø 5 5 15 Sudut geser ( 0 )
Dengan menggunakan parameter pada Tabel 4.5, maka akan diperoleh faktor keamanan FS = 1,11. Gambar berikut adalah hasil perhitungan dengan Software Plaxis.
Gambar 4.3
Keluaran Plaxis Total Displacement
Gambar 4.4 Gambar keluaran Plaxis
0 0,03 0,06 0,09 0,12
1,00 1,02 1,04 1,06 1,08 1,10 1,12
|U| [m]
Sum-Msf
Chart 1
Curve 1
Gambar 4.4
Grafik Angka Faktor Keamanan
Dari hasil keluaran Plaxis terlihat adanya deformasi, dimana terjadi daya angkat di kaki lereng, sehingga terdapat pergerakan tanah ke atas di kaki lereng yang menimbulkan bulge (timbunan). Terlihat bahwa daya tahan tanah di kaki lereng tidak sebanding dengan daya dorong akibat beban dari puncak timbunan. Gambar keluaran Plaxis di atas menunjukkan besaran Faktor Keamanan = 1,11.
4.3 Analisa Hasil Perhitungan Faktor Keamanan dan Penanggulangan Longsoran
Analisis stabilitas yang dilakukan pada kondisi lereng sesuai dengan disain pada saat terjadi kelongsoran dengan menggunakan metode kesetimbangan batas secara manual dibandingkan dengan menggunakan metode elemen hingga melalui software Plaxis, terlihat tidak jauh berbeda, yaitu didapatkan Faktor Keamanan masing-masing sebesar 1,12 dan 1,11. Critical Slip Surface yang diperoleh dari hasil perhitungan Plaxis hampir mendekati model yang dibuat dengan cara manual.
Dalam praktek perencanaan kestabilan lereng, Faktor Keamanan sebesar 1,1 adalah angka keamanan di bawah angka minimum. Sedangkan Faktor Keamanan yang direncanakan adalah sebesar 1,35 karena menyangkut lingkungan padat lalu lintas kendaraan dan tanpa ada beban gempa. Sesuai dengan Tabel 2.2 Pemilihan Tipe Penanggulangan Gerakan Tanah, untuk jenis longsoran yang cenderung tipe Rotasi lebih tepat ditanggulangi dengan cara pembuatan beban kontra (Counter weight). Beban Kontra ditempatkan
pada kaki lereng yang dimaksudkan untuk menahan dorongan tanah di atasnya. Beban Kontra bisa dilakukan dengan menggunakan Bronjong atau penggantian timbunan tanah lunak dengan tanah yang lebih keras atau dilakukan pemadatan sampai dengan diperoleh daya dukung tanah yang dipersyaratkan.
4.4 Disain Beban Kontra
Untuk mendapatkan disain beban kontra yang paling optimal akan dilakukan Trial and Error dengan cara memberikan alternatif material pengisi beban kontra, yaitu Bronjong dan Lempung Lanau.
1. Alternatif 1
Material pengisi adalah bronjong dengan lebar 39 meter. Penetapan lebar 39 meter diasumsikan dari tanah yang mengalami uplift terdapat pada lokasi timbunan pada jarak 39 meter dari ujung kaki lereng. Dari hasil perhitungan didapatkan angka FK sebesar 1.33, dimana masih di bawah target 1,35. Bronjong dengan E
= 60.000 kN/m2
Gambar 4.5 Disain Alternatif 1
2. Alternatif 2
Material pengisi adalah lempung lanau dengan besar c = 35 kN/m2 dan Ø = 20 0 dengan lebar 39 meter. Dari hasil perhitungan didapatkan angka FK sebesar 1.32, dimana masih di bawah target 1.35.
3. Alternatif 3
Material pengisi adalah lempung lanau dengan besar c = 40 kN/m2 dan Ø = 20 0 dengan lebar 53 meter. Asumsi 53 meter diperoleh dari posisi timbunan di atas lebar 39 meter. Dari hasil perhitungan diperoleh angka FK sebesar 1.39, jauh di atas target 1.35.
Alternatif 3 sebenarnya sudah memenuhi target, namun pertimbangan aplikasi di lapangan akan mengalami kesulitan karena tanah lempung dengan besar c = 40 kN/m2 dan Ø = 20 0 (dimana cenderung tanah yang membatu) biasanya terletak pada lapisan tanah dalam Tanah ini memiliki shear strength lebih tinggi dibandingkan tanah asli pada lokasi km 91+550 sebesar c = 35 kN/m2 dan Ø = 15 0 pada kedalaman +/- 25 meter. Oleh karena itu penulis mencoba dengan Alternatif 4.
18.0 Disain Alternatif 3
4. Alternatif 4
Material pengisi adalah bronjong sebagaimana Alternatif 1. Selain penggunaan bronjong, tanah timbunan lunak di atas bronjong diganti dengan tanah yang lebih baik (tidak mengandung organik) dan dipadatkan dengan CBR lebih tinggi dibandingkan dengan CBR existing (pada saat konstruksi timbunan pertama kali). Harapannya dengan CBR yang lebih baik, bisa meningkatkan minimal c dari 25 kN/m2 menjadi 30 kN/m2 dan Ø dari 50 menjadi 100. Dari hasil perhitungan Plaxis diperoleh angka FK sebesar 1.349, sudah mendekati target sebesar 1.35.
18.0 Bronjong dengan E
= 60.000 kN/m2 Replacement Tanah
Gambar 4.7 Disain Alternatif 4
Berikut adalah ringkasan parameter dari 4 alternatif tersebut di atas.
Tabel 4.6
Alternatif Tanah Pengganti untuk Beban Kontra
Parameter Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3 Alternatif 4 Material
*) penggantian tanah di atas counterweight dengan menaikkan c dari 25 kN/m2 menjadi 30 kN/m2 dan Ø dari 50 menjadi 100 dengan cara pemadatan.
Dari hasil perhitungan Plaxis terlihat bahwa Alternatif No. 4 adalah yang paling optimal, dimana selain melakukan pemasangan beban kontra dengan bronjong, juga melakukan penggantian tanah timbunan lunak dengan tanah timbunan yang lebih baik (meminimalkan kandungan tanah organik dan pemadatan). Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 menunjukkan hasil perhitungan dengan Plaxis setelah dilakukan perkuatan dengan beban kontra.
Gambar 4.7 Gambar Keluaran Plaxis
0 0,05 0,10 0,15 0,20 1,00
1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35
|U| [m]
Sum-Msf
Chart 1
Curve 1
Gambar 4.8
Grafik Angka Faktor Keamanan Alternatif 4
Dari hasil keluaran Plaxis terlihat bahwa meskipun FS sudah mencapai 1,35 dan bidang gelincir semakin menyempit, namun dari Gambar Total Displacement masih terlihat kemungkinan kelongsoran yang terjadi di atas lokasi beban kontra.
Untuk mengatasi resiko kelongsoran kembali, beberapa rekomendasi yang bisa diterapkan adalah sebagai berikut :
1. Penambahan lebar beban kontra agar bidang tanah yang mampu ditahan semakin luas.
2. Penguatan daya dukung dengan Grouting pada lokasi di atas beban kontra atau di lapisan bawah badan jalan. Hal ini untuk mengurangi resiko terjadinya penurunan badan jalan.
BAB V