BAB III DASAR TEORI
3.2. Klasifikasi Massa Batuan
3.3.2. Mekanisme Dasar Terjadinya Longsor
Sifat- sifat yang relevan dengan masalah kestabilan lereng adalah sudut gesek dalam,kohesi dan bobot isi. Pengertian sudut gesek dalam dan kohesi akan dijelaskan pada Gambar 3.4. Gambar 3.4 tersebut menjelaskan secara sederhana mengenai perconto batuan yang terdapat bidang diskontinu dan kemudian bekerja tegangan geser dan tegangan normal, sehingga akan menyebabkan batuan tersebut retak pada bidang diskontinu dan mengalami pergeseran.
Tegangan geser yang dibutuhkan sehingga batuan tersebut retak dan bergeser akan bertambah sesuai dengan pertambahan tegangan normal. Pada Gambar 3.4 hubungan secara linear membentuk garis dimana sudut yang terbentuk sebesar terhadap horizontal, sudut inilah yang dinamakan sudut gesek dalam. Apabila tegangan normal dibuat nol dan kemudian batuan diberikan tegangan geser sampai batuan tersebut mulai retak, maka harga tegangan geser yang dibutuhkan pada saat akan mulai retak adalah merupakan besar nilai kohesi ( c ) dari batuan tersebut. Hubungan tegangan geser ( τ ) dengan tegangan normal ( σn ) dapat dinyatakan sebagai berikut :
τ = c + σn Tan ... ... (3.2)
23 (Sumber : Hoek & Bray, 1981 )
Gambar 3.4.
Hubungan antara Tegangan Geser dengan Tegangan Normal
(Sumber: Abramson Lee, dkk, 2002)
Gambar 3.5.
Gambaran Lereng dengan Sudut Gelincir
Dalam memahami mekanisme terjadinya longsor suatu lereng yang dapat dilihat pada Gambar 3.5 dan untuk memudahkan dalam memahaminya maka
digambarkan menjadi suatu blok yang berada pada bidang miring (lihat Gambar 3.6), bidang miring mewakili bidang gelincir dari lereng tersebut.
Gambar 3.6. memperlihatkan gaya-gaya yang bekerja pada suatu blok yang berada pada suatu bidang miring.
24 (Sumber : Hoek & Bray, 1981 )
Gambar 3.6.
Komponen Gaya pada Suatu Benda di atas Bidang Miring
Massa dari blok seberat W yang berada dalam keadaan setimbang di atas suatu bidang yang membentuk sudut terhadap horizontal. Gaya berat yang mempunyai arah vertikal dapat diuraikan pada arah sejajar dan tegak lurus bidang miring. Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring dan yang cenderung menyebabkan benda menggelincir adalah W sin .
Komponen gaya yang tegak lurus bidang dan merupakan gaya yang menahan benda untuk menggelincir adalah W cos atau gaya normal. Kemudian tegangan normal dapat diberikan sebagai berikut :
σn = blok dinotasikan sebagai ( R = τ A ), sehingga diperoleh persamaan :
R = c A + W cos α Tan ... ( 3.5 ) Pada kondisi kesetimbangan gaya penggerak yang bekerja pada suatu bidang akan sama dengan gaya yang menahan, sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan:
25
W sin α = c A + W cos α Tan ... ( 3.6 ) Pengaruh keberadaan air pada massa batuan terhadap kestabilan lereng dapat diandaikan sebuah kaleng yang terisi air pada suatu bidang basah dengan sudut kemiringan sebesar . Gaya yang bekerja dapat dilihat pada Gambar 3.7.
(Sumber : Hoek & Bray, 1981 )
Gambar 3.7.
Gaya – Gaya pada Bejana di atas Bidang Miring
Apabila diandaikan berat perunit volume dari kaleng ditambah air Besarnya nilai U tergantung tinggi air dalam kaleng. Pada Gambar 3.7 akan terlihat bahwa hw = h cos , h dan hw merupakan tinggi kaleng dan air, maka : diperoleh persamaan gaya geser (R) adalah sebagai berikut :
26
R = ( W cos - ( w / t ) . W cos ) tan
R = W cos ( 1 - w / t ) tan …..………...……..….… ( 3.9 ) Apabila kaleng pada keadaan kritis, dan mempunyai nilai kohesi = 0, serta terdapat air pada bidang luncur maka berdasarkan persamaan keseimbangan, hubungan antara sudut geser dalam dengan sudut kemiringan bidang dapat ditulis sebagai berikut :
W sin = W cos ( 1 - w / t ) tan
tan = ( 1 - w / t ) tan ….……… ( 3.10 ) Kehadiran air tanah pada tubuh lereng biasanya menjadi masalah bagi kestabilan lereng. Perhatikan suatu kasus dari blok pada keadaan setimbang yang terletak pada bidang miring, hal ini dianggap bahwa blok terpisah oleh suatu retakan tarik yang terisi oleh air (Lihat Gambar 3.8.).
(Sumber : Hoek & Bray, 1981 )
Gambar 3.8.
Pengaruh Tekanan Air pada Rekahan Suatu Blok
Tekanan air pada retakan tarik bertambah secara linier dengan kedalaman dan gaya total V, karena bekerjanya tekanan air ini pada muka samping dari blok yang bekerja turun terhadap bidang miring. Hasil distribusi tekanan air dalam bentuk gaya angkat U mengurangi gaya normal yang berkerja tegak lurus permukaan tersebut.
Kondisi keseimbangan batas terhadap blok yang terkena gaya air V dan U, sebagai tambahan dari beratnya sendiri, ditentukan oleh:
W sin +V = cA + (Wcos – U) Tan ...(3.11)
27
Dari persamaan tersebut terlihat bahwa gaya penggerak cenderung menyebabkan longsor ke bawah bidang bertambah dan gaya geser penahan longsor berkurang, oleh karena itu U dan V keduanya menyebabkan berkurangnya kestabilan lereng.
3.3.3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kestabilan Lereng 3.3.3.1. Kekuatan Massa Batuan
Kekuatan massa batuan yang sangat berperan dalam analisis kestabilan lereng terdiri atas sifat fisik dan mekanik batuan / tanah tersebut. Sifat fisik batuan / tanah yang digunakan dalam analisis kestabilan lereng adalah bobot isi, sedangkan sifat mekaniknya adalah kuat geser batuan yang dinyatakan dengan parameter kohesi (c), dan sudut gesek ( ). Kekuatan geser batuan ini adalah kekuatan yang berfungsi sebagai gaya penahan pada lereng.
3.3.3.2. Geometri Lereng
Geometri lereng adalah tinggi (H) dan kemiringan lereng ( ), baik itu secara individu (single slope) maupun secara keseluruhan (overall slope). Suatu lereng disebut lereng individu apabila dibentuk oleh satu jenjang saja dan disebut keseluruhan apabila dibentuk oleh beberapa jenjang. Kemiringan lereng keseluruhan diperoleh dengan menarik garis dari batas bawah (toe) sampai ke batas atas (crest) jenjang teratas (lihat Gambar 3.9).
(Sumber: Jonny Sjoberg, 1996)
Gambar 3.9.
Penampang Lereng Individu dan Lereng Keseluruhan
28
Pada kondisi batuan/tanah yang sama dengan kemiringan yang tetap, penambahan tinggi lereng ini akan berpengaruh terhadap menurunnya kestabilan lereng tersebut, karena berat lereng yang harus ditahan oleh kekuatan geser batuan/tanah semakin bertambah besar. Oleh karena itu penambahan tinggi lereng harus diikuti dengan pengurangan sudut lereng.
3.3.3.3. Kondisi Struktur Geologi
Keadaan struktur geologi yang harus diperhatikan pada analisis suatu kestabilan lereng adalah bidang – bidang lemah dalam hal ini disebut bidang ketidakmenerusan (discontinuity). Bidang discontinuity antara lain adalah sesar, kekar lipatan dan bidang perlapisan.
Struktur geologi ini sangat mempengaruhi kekuatan batuan/tanah atau paling tidak merupakan tempat-tempat rembesan air sehingga akan mempengarui cepat atau lambatnya proses pelapukan. Penentuan arah jurus dan kemiringan bidang- bidang tersebut merupakan bagian yang sangat penting dalam melengkapi data analisa.
3.3.3.4. Kondisi Air Tanah
Kondisi air tanah yang berada di bawah permukaan tanah akan mempengaruhi kekuatan tanah, hal ini terjadi karena keberadaan air yang mengisi pori – pori tanah sehingga menyebabkan bobot isi dari tanah menjadi bertambah selain itu keberadaan air pada pori – pori tanah mempunyai tekanan yang dapat mempengaruhi besarnya tegangan normal pada permukaan geser. Jadi dapat dikatakan bahwa suatu lereng yang mengandung air tanah maka lereng tersebut lebih rendah faktor keamanannya jika dibandingkan dengan lereng yang tidak mengandung air tanah, pada geometri lereng yang sama.
3.3.3.5. Kondisi Iklim
Iklim berpengaruh terhadap kemantapan lereng karena iklim mempengaruhi jumlah curah hujan di suatu daerah. Curah hujan yang tinggi menyebabkan jumlah air yang nantinya menjadi air tanah menjadi bertambah.
Pengaruh dari air tanah ini adalah mempercepat terjadinya proses pelapukan, semakin banyak air tanah tesebut mengisi rekahan/celah batuan dan semakin lama
29
air tersebut berada di dalamnya, proses pelapukan akan semakin cepat. Pelapukan ini tentunya akan memperlemah kekuatan massa batuan maupun kekuatan gesernya sehingga secara langsung akan mempengaruhi kestabilan lereng tersebut.
Pelapukan pada daerah tropis lebih cepat dibandingkan daerah dingin, karena jumlah curah hujan di daerah tropis lebih tinggi dibanding di daerah dingin. Oleh karena itu singkapan pada lereng daerah tropis akan lebih cepat lapuk dan ini mengakibatkan lereng lebih mudah longsor. Selain itu kondisi curah hujan juga berpengaruh terhadap kestabilan lereng karena mengakibatkan bertambahnya kandungan air pada massa batuan yang secara tidak langsung akan berpengaruh terhadap bobot isi dan tekanan muka air tanah.
3.3.3.6. Gaya Luar
Gaya luar dapat mempengaruhi kemantapan suatu lereng. Gaya ini berupa getaran-getaran yang berasal dari sumber-sumber yang berada di dekat lereng tersebut. Getaran ini misalnya ditimbulkan oleh aktivitas alat berat, gempa bumi, lalu lintas kendaraan di sekitar lereng, serta aktivitas peledakan pada saat pembongkaran lapisan tanah penutup. Lihat pada Gambar 3.10.
(Sumber: Abramson Lee, dkk, 2002)
Gambar 3.10.
Analisis Kesetimbangan Batas Pseudostatik pada Beban Seismik Keterangan :
W : Berat beban yang potensial mengalami longsor kh : Koefisien percepatan seismik arah horizontal
30 kv : Koefisien percepatan seismik arah vertikal
Sehingga kondisi keseimbangangan batas pada persamaan 3.6 yang dipengaruhi oleh gelombang seismik adalah :
W(sin + kh.cos ) = c.A + W(cos – kh.sin ) tan ………..……..(3.12) Keterangan :
W : Berat beban yang potensial mengalami longsor : Sudut kemiringan lereng
c : Kohesi
kh: Koefisien percepatan seismik arah horizontal (kh), asumsi kv = 0 A : Luas dasar blok
: Sudut gesek dalam
3.3.4. Klasifikasi Longsor 3.3.4.1. Longsor Bidang
Longsor bidang merupakan merupakan suatu longsor batuan yang terjadi sepanjang bidang luncur yang dianggap rata. Bidang luncur tersebut dapat berupa rekahan maupun bidang perlapisan batuan (Gambar 3.11).
(Sumber : Duncan & Christopher, 2004)
Gambar 3.11.
Bentuk Longsor Bidang
Secara umum longsor bidang dapat terjadi apabila memenuhi beberapa syarat antara lain :
1. Jurus bidang luncur sejajar atau mendekati sejajar terhadap jurus bidang permukaan lereng dengan perbedaan maksimal 20°.
2. Kemiringan bidang luncur harus lebih kecil kemiringan bidang permukaan lereng, atau pada Gambar 3.11 ( f > p ).
31
3. Kemiringan bidang luncur lebih besar dari pada sudut gesek dalam, atau pada Gambar 3.11 ( p > ).
Dari kondisi diatas dapat disusun dalam suatu hubungan, yaitu :
f > p >
Keterangan :
f = Kemiringan muka lereng
p = Kemiringan dari bidang diskontinu
= Sudut gesek dalam
3.3.4.2. Longsor Baji
Longsor baji dapat terjadi pada suatu batuan jika terdapat lebih dari satu bidang lemah yang bebas dan saling berpotongan. Sudut perpotongan antara bidang lemah tersebut lebih besar dari sudut gesek dalam batuan (Gambar 3.12).
Bidang lemah ini dapat berupa kekar (joint) maupun bidang perlapisan.
(Sumber : Duncan & Christopher, 2004)
Gambar 3.12.
Bentuk Longsor Baji
Dari kondisi diatas dapat disusun dalam suatu hubungan, yaitu :
f > i >
Keterangan :
f = Kemiringan muka lereng
i = Kemiringan dari perpotongan 2 bidang diskontinu
= Sudut gesek dalam
32
Longsor baji dapat terjadi dengan syarat geometri sebagai berikut :
1. Permukaan bidang lemah a dan bidang lemah b rata, tetapi kemiringan bidang lemah b lebih besar daripada bidang lemah a (Bidang yang mempunyai kemiringan lebih kecil dinamakan bidang a dan sebaliknya bidang b).
2. Arah penunjaman garis potong harus lebih kecil daripada sudut kemiringan lereng ( i f ).
3.3.4.3. Longsor Busur
Longsor batuan yang terjadi sepanjang bidang luncur yang berbentuk busur disebut longsor busur. Longsor busur paling umum terjadi dialam, terutama pada batuan yang lunak (tanah). Pada batuan yang keras longsor busur hanya dapat terjadi jika batuan tersebut sudah mengalami pelapukan dan mempunyai bidang–bidang lemah (rekahan) yang sangat rapat dan tidak dapat dikenal lagi kedudukannya. Longsor busur akan terjadi jika partikel individu pada suatu tanah atau massa batuan sangat kecil dan tidak saling mengikat. Oleh karena itu batuan yang telah lapuk cenderung mempunyai sifat seperti tanah.
Tanda pertama suatu longsor busur biasanya berupa suatu rekahan tarik permukaan atas atau muka lereng, kadang–kadang disertai dengan menurunnya sebagaian permukaan atas lereng yang berada disamping rekahan. Penurunan ini menandakan adanya gerakan lereng yang pada akhirnya akan terjadi longsor, hanya dapat dilakukan apabila belum terjadi gerakan lereng (Gambar 3.13).
(Sumber : Duncan & Christopher, 2004)
Gambar 3.13.
Bentuk Longsor Busur
33 3.3.4.4. Longsor Toppling (Guling)
Longsor guling terjadi pada batuan yang keras dan memiliki lereng terjal dengan bidang lemah yang tegak dan arahnya berlawanan dengan arah kemiringan lereng. Longsor ini dapat berbentuk blok atau bertingkat. Kondisi untuk menggelincir atau meluncur ditentukan oleh sudut gesek dalam dan kemiringan bidang luncurnya, tinggi balok dan lebar balok terletak pada bidang miring (Gambar 3.14). Kondisi untuk menggelincir atau meluncur ditentukan oleh sudut gesek dalam ( ) dan kemiringan bidang luncurnya (ψ), tinggi balok (h) dan lebar balok (b) terletak pada bidang miring bertingkat. Kondisi geometri yang dapat menyebabkan terjadinya longsoran guling antara lain :
Balok akan tetap mantap bila ψ < dan b/h > tan Balok akan meluncur bila ψ > dan b/h > tan
Balok akan tergelincir, kemudian mengguling bila ψ > dan b/h < tan Balok akan langsung mengguling bila ψ < dan b/h < tan
(Sumber : Duncan & Christopher, 2004)
Gambar 3.14.
Bentuk Longsor Toppling (Guling)
Adapun syarat terjadinya longsor toppling berdasarkan analisis kinematik, yaitu : ( p) ≥ (900- f)+
αp- (αf ± 1800) ≤ 200 Keterangan :
p : Kemiringan bidang diskontinu
f : Kemiringan Lereng