vii
ANALISIS STABILITAS DAN PERKUATAN LERENG
PLTM SABILAMBO KABUPATEN KOLAKA
SULAWESI TENGGARA
Christy Yanwar Yosapat NRP : 1121037
Pembimbing : Hanny Juliany Dani, S.T., M.T.
ABSTRAK
Pada akhir tahun 2012, PLTM Sabilambo mengalami kendala operasional yang diakibatkan oleh terhentinya pasokan air yang dikarenakan oleh tidak berfungsinya saluran penghantar (waterway). Sebagian besar kerusakan pada saluran ini sendiri diakibatkan oleh longsoran yang terjadi pada lereng yang dibebani oleh saluran.
Tujuan dari studi ini adalah untuk menganalisis stabilitas lereng dalam kondisi eksisting di lapangan dan mendesain opsi perkuatan yang memungkinkan. Data dari pengujian standard penetration test dan direct shear digunakan untuk mengevaluasi parameter geoteknik dari material tanah. Perhitungan manual digunakan untuk menganalisis desain dari sheet pile yang akan digunakan. Dari desain yang diperoleh kemudian dilakukan pemodelan dengan menggunakan perangkat lunak Plaxis.
Hasil analisis dengan perhitungan manual dan Plaxis menunjukkan bahwa Faktor Keamanan lereng lebih kecil dari satu yaitu 0.480 dan 0.67838. Sedangkan setelah mendapat perkuatan sheet pile dengan kedalaman pemancangan optimum 2.50 meter, faktor keamanan lereng meningkat menjadi 1.441 berdasarkan perhitungan manual dan 1.2544 dari analisis dengan perangkat lunak Plaxis.
viii
THE ANALYSIS STABILITY AND STRENGTHENING
OF SLOPE ON PLTM SABILAMBO REGENCY
KOLAKA SOUTH EAST SULAWESI
Christy Yanwar Yosapat NRP : 1121037
Adviser : Hanny Juliany Dani, S.T., M.T.
ABSTRACT
At the end of 2012, PLTM Sabilambo had an operational problem which’s caused by interruption on the water supply due to non-functioning of the conduction channel (waterway). Most of the damage to channel itself is caused by avalanches occur on slopes that are burdened by channel.
The aim of this study was to analyze the stability of slopes in the existing conditions in the field and design the retrofitting option that allows. Standard penetration test and direct shear test data were used to evaluate the geotechnical parameters of the soil material. Manual calculations are used to analyze the design of sheet pile. Modelling using Plaxis software is then performed based on the resulting design.
The analysis result based on manual calculations and Plaxis shows that the slope safety factor is less than one, which is 0.480 and 0.67838. Meanwhile, after receiving a reinforcement of sheet pile with 2.50 meter optimal erection depth, slope safety factor increased to 1.441 based on manual calculations and 1.2544 on Plaxis software.
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... iii
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
1.4 Sistematika Penulisan ... 3
1.5 Lisensi Perangkat Lunak ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum ... 5
2.2 Parameter Tanah ... 6
2.2.1 Klasifikasi Tanah Berdasarkan Hasil Pengujian Sondir ... 6
2.2.2 Berat Volume Tanah (γ) ... 7
2.2.3 Berat Jenis Tanah (Gs)... 8
2.2.4 Koefisien Permeabilitas (kx dan ky) ... 9
2.2.5 Modulus Young (E) ... 9
2.2.6 Poisson Ratio (υ) ... 10
2.2.7 Kohesi (c) ... 10
x
2.2.9 Sudut Dilatansi (Ψ) ... 12
2.3 Stabilitas Lereng ... 12
2.3.1 Mekanisme Kelongsoran ... 13
2.3.2 Kuat Geser Tanah... 15
2.3.3 Faktor Keamanan (FK) ... 16
2.3.4 Stabilitas Lereng dengan Metoda Fellinius ... 18
2.3.5 Tekanan Tanah Aktif dan Pasif Menurut Teori Rankine .... 19
2.3.6 Tekanan Tanah Akibat Beban Lajur Metoda Distribusi 45o 20 2.4 Perkuatan Turap ... 21
2.4.1 Jenis Turap ... 22
2.4.2 Metoda Konstruksi Turap ... 23
2.4.3 Faktor Keamanan Turap Kantilever ... 24
2.5 Perkuatan Dinding Penahan Tanah ...26
2.5.1 Jenis Dinding Penahan Tanah ...26
2.5.2 Dimensi Dinding Penahan Tanah ...29
2.5.3 Faktor Keamanan Dinding Penahan Tanah ...29
2.6 Perangkat Lunak Plaxis ...32
2.6.1 Model Material ...32
2.6.2 Model Geometri ...33
2.6.3 Analisis Faktor Keamanan (Phi-c Reduction) ...35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN DAN DATA PENYELIDIKAN TANAH 3.1 Bagan Alir Penelitian ...36
3.2 Data Tanah ...39
3.2.1 Penampang Melintang Lereng ...39
3.2.2 Data Penyelidikan Tanah ...39
BAB IV ANALISIS DATA 4.1 Parameter Desain ...42
4.1.1 Stratigrafi Lereng ...42
4.1.2 Beban Saluran Penghantar (Waterway) ...43
xi
4.1.4 Parameter Data Perkuatan ...44
4.2 Analisis Stabilitas Lereng ...44
4.2.1 Stabilitas Lereng dalam Kondisi Asli ...45
4.2.1.1 Perhitungan Manual dengan Metoda Fellinius ...45
4.2.1.2 Pemodelan Plaxis ...49
4.2.2 Stabilitas Lereng dengan Perkuatan Sheet Pile...52
4.2.2.1 Perhitungan Manual ...52
4.2.2.2 Pemodelan Plaxis ...58
4.2.2.3 Analisis Perpindahan (Displacements) Dinding Sheet Pile ...63
4.3 Rekapitulasi Hasil Analisis ...65
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ...67
5.2 Saran ...68
DAFTAR PUSTAKA ... xvii
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Lokasi PLTM Sabilambo ... 4
Gambar 2.1 Permasalahan tanah yang umum terjadi pada lereng ... 5
Gambar 2.2 Gambar skema pergerakan tanah pada lereng ... 13
Gambar 2.3 Mekanisme gerak benda pada bidang miring ... 13
Gambar 2.4 Kelongsoran rotasi ... 14
Gambar 2.5 Kelongsoran translasi ... 14
Gambar 2.6 Kelongsoran gabungan ... 15
Gambar 2.7 Bidang irisan pada lereng ... 18
Gambar 2.8 Diagram tegangan metoda distribusi beban 45o ... 21
Gambar 2.9 Sheet pile sebagai dinding penahan tanah ... 22
Gambar 2.10 Berbagai jenis material turap ... 23
Gambar 2.11 Dinding turap tipe kantilever ... 23
Gambar 2.12 Dinding turap dengan jangkar... 24
Gambar 2.13 Diagram gaya-gaya yang bekerja pada turap... 24
Gambar 2.14 Dinding penahan tanah pasangan batu ... 26
Gambar 2.15 Dinding penahan tanah tipe gravitasi ... 27
Gambar 2.16 Dinding penahan tanah beton dengan penahan... 27
Gambar 2.17 Dinding penahan tanah dengan balok kantilever ... 28
Gambar 2.18 Pendekatan dimensi untuk retaining wall ... 29
Gambar 2.19 Gaya-gaya pada dinding tipe kantilever ... 30
Gambar 3.1 Bagan alir metodologi penelitian ... 36
Gambar 3.2 Potongan melintang lereng ... 39
Gambar 4.1 Stratigrafi lereng ... 42
Gambar 4.2 Penampang melintang saluran penghantar ... 43
Gambar 4.3 Irisan pada penampang lereng bagian atas ... 45
Gambar 4.4 Irisan pada penampang lereng bagian tengah ... 47
Gambar 4.5 Irisan pada penampang lereng bagian bawah ... 47
Gambar 4.6 Pemodelan lereng kondisi eksisting ... 49
Gambar 4.7 Data set material tanah ... 50
xiii
Gambar 4.9 Kondisi tekanan air awal ... 51
Gambar 4.10 Σ-Msf pada kondisi eksisting ... 51
Gambar 4.11 Desain perkuatan dengan sheet pile ... 52
Gambar 4.12 Diagram tegangan akibat tekanan tanah dan beban lajur ... 55
Gambar 4.13 Diagram momen dan geser yang bekerja pada sheet pile... 57
Gambar 4.14 Pemodelan lereng dengan perkuatan sheet pile ... 59
Gambar 4.15 Data set material dinding sheet pile ... 59
Gambar 4.16 Jaring elemen dengan tingkat kekasaran medium ... 60
Gambar 4.17 Kondisi tekanan air awal ... 60
Gambar 4.18 Deskripsi fase-1 sebelum pembebanan ... 61
Gambar 4.19 Σ-Msf pada kondisi sebelum pembebanan ... 61
Gambar 4.20 Deskripsi fase-2 setelah pembebanan ... 62
Gambar 4.21 Σ-Msf setelah pembebanan ... 62
Gambar 4.22 Perpindahan sheet pile pada kedalaman pemancangan 2.50 m ... 63
Gambar 4.23 Perbandingan nilai perpindahan pada sheet pile ... 65
Gambar 4.24 Nilai faktor keamanan analisis manual ... 66
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Klasifikasi tanah berdasarkan pengujian sondir ... 6
Tabel 2.2 Klasifikasi tanah dan batuan berdasarkan pengujian lapangan ... 7
Tabel 2.3 Nilai γdrydan γsat untuk beberapa jenis tanah ... 7
Tabel 2.4 Berat jenis berbagai macam tanah ... 8
Tabel 2.5 Berat jenis berbagai macam batuan ... 8
Tabel 2.6 Nilai koefisien permeabilitas dari berbagai jenis tanah ... 9
Tabel 2.7 Nilai Modulus Young beberapa jenis material ... 9
Tabel 2.8 Hubungan antara jenis tanah dan nilai poisson ratio ... 10
Tabel 2.9 Hubungan antara jenis batuan dan nilai poisson ratio ... 10
Tabel 2.10 Nilai kohesi beberapa jenis batuan ... 11
Tabel 2.11 Hubungan antara jenis tanah dan nilai sudut geser dalam ... 11
Tabel 2.12 Faktor keamanan dari beberapa tipe bangunan ... 17
Tabel 2.13 Hubungan sudut geser dan kedalaman pemancangan ... 25
Tabel 2.14 Rekomendasi tinggi relatif pemakaian berbagai tipe DPT ... 28
Tabel 2.15 Nilai Rinter berbagai kondisi ... 34
Tabel 3.1 Informasi mengenai pekerjaan boring log ... 40
Tabel 3.2 Hasil pengujian lapangan ... 40
Tabel 3.3 Hasil pengujian laboratorium ... 41
Tabel 4.1 Perhitungan beban saluran pada lereng ... 43
Tabel 4.2 Parameter tanah yang akan digunakan dalam analisis ... 44
Tabel 4.3 Parameter sheet pile yang akan digunakan dalam analisis ... 44
Tabel 4.4 Perhitungan Faktor Keamanan (FK) pada lereng bagian atas ... 46
Tabel 4.5 Perhitungan Faktor Keamanan (FK) lereng bagian tengah ... 48
Tabel 4.6 Perhitungan Faktor Keamanan (FK) lereng bagian bawah ... 48
Tabel 4.7 Analisis stabilitas sheet pile dengan beberapa kedalaman ... 58
Tabel 4.8 Perpindahan (displacements) dinding hasil analisis Plaxis ... 64
xv
DAFTAR NOTASI
A Luas area
ai Panjang busur lingkaran pada irisan ke-i
B Lebar lantai DPT
c Kohesi
Cc Koefisien gradasi
Cu Koefisien keseragaman
D Kedalaman pemancangan turap
Dall Defleksi ijin sheet pile
E Modulus Young tanah
e angka pori
Ec Modulus elastisitas beton
Es Modulus elastisitas baja
FK Faktor Keamanan
fs Skin friction, hambatan pelekat
Gs Berat jenis tanah
H Tinggi lereng
H’ Tinggi efektif dinding
I Inersia penampang
k Koefisien gesek antara tanah dan dinding
Ka Koefisien tekanan tanah aktif
Kp Koefisien tekanan tanah pasif
kx Koefisien permeabilitas arah horizontal
ky Koefisien permeabilitas arah vertikal
Md Momen dari massa tanah yang longsor
MO Momen guling
MR Momen penahan
N Gaya normal
n Porositas tanah
Ni Tegangan normal tanah pada irisan ke-i
xvi
Pp Tekanan tanah pasif
q Beban merata lereng per satuan luas
qc Tahanan konus
qu Kuat tekan tanah dalam kondisi unconfined
R Gaya geser
Sr Derajat kejenuhan
su Kuat geser tanah
T Gaya tangensial
u Tegangan air pori
Ux Perpindahan arah horisontal
Uy Perpindahan arah vertikal
W Berat benda
w Kadar air
Wi Berat tanah pada irisan ke-i
γ Berat volume tanah
γdry Berat volume tanah kering
γsat Berat volume tanah jenuh
γw Berat volume air
δ Sudut geser antara permukaan dinding dan tanah θi Sudut titik berat irisan terhadap pusat longsoran
Tegangan total tanah ΣMsf Multiplier safety factor
Kuat geser / tegangan geser tanah
υ Poisson Ratio
Sudut geser dalam
’ Sudut geser dalam efektif
crit Sudut geser dalam kritis
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Lereng merupakan sisi atau bidang tanah yang membentuk sudut terhadap
bidang horizontal sehingga memiliki derajat kemiringan tertentu. Saat terdapat
dua permukaan tanah dengan beda ketinggian tertentu, maka terdapat gaya
potensial gravitasi yang menghasilkan gaya dorong dan mengakibatkan tanah
dengan elevasi yang lebih tinggi bergerak ke bawah. Hal tersebut adalah salah
satu pemicu suatu peristiwa yang disebut longsor. Selain hal itu, kondisi curah
hujan yang tinggi, kemiringan lereng yang curam, kondisi tanah yang lunak serta
terjadinya gerakan seismik pada lempeng bumi menjadi pemicu lain terjadinya
longsor.
Untuk memperkirakan gerakan tanah (longsor) yang mungkin terjadi pada
suatu lereng, diperlukan suatu analisis terhadap stabilitas lereng yang ditinjau.
Perkembangan analisis stabilitas lereng berjalan beriringan dengan pengembangan
ilmu mekanika tanah dan batuan. Dalam perkembangannya lereng tidak hanya
terbentuk secara alami, namun juga dapat dibentuk melalui proses rekayasa
geoteknik yang dilakukan manusia. Proses rekayasa geoteknik ini dimaksudkan
untuk mencegah terjadinya longsor.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTM) Sabilambo terletak di
Kelurahan Sabilambo Kecamatan Kolaka Kabupaten Kolaka Sulawesi Tenggara.
PLTM Sabilambo memanfaatkan sumber air sungai Tanggi yang dibendung dan
kemudian dialirkan melalui intake langsung ke saluran penghantar yang berupa
saluran tertutup dan terowongan, kemudian air ditampung dalam kolam penenang
kemudian disalurkan kembali melalui pipa hingga ke power house.
Berdasarkan hasil pengamatan awal di lapangan, diketahui bahwa terjadi
kerusakan yang signifikan pada saluran penghantar (water way) dan bak penenang
(fore bay). Kerusakan terjadi diakibatkan oleh desain saluran yang tidak ideal dan
2 Universitas Kristen Maranatha menutupi sebagian badan jalan juga mengakibatkan akses transportasi dari dan
menuju PLTM menjadi terhambat.
Gambar 1.1 Lokasi PLTM Sabilambo
Permasalahan stabilitas lereng yang terjadi seringkali mengakibatkan
gangguan operasional pada PLTM Sabilambo. Mengingat kelancaran operasional
PLTM sangat erat kaitannya dengan pasokan listrik di wilayah Kolaka dan
sekitarnya, maka diperlukan penanganan khusus terhadap lereng yang mengalami
kelongsoran. Penanganan khusus tersebut berupa perkuatan stabilitas lereng dan
perbaikan dasar saluran penghantar yang telah rusak.
Dalam hal ini diperlukan analisis awal mengenai stabilitas lereng dalam
kondisi asli (tanpa perkuatan) di lokasi longsoran. Mengingat kondisi lahan yang
tidak memungkinkan untuk dilakukan rekayasa geometri lereng (terasering), maka
selanjutnya direncanakan perkuatan lereng yang akan digunakan untuk mencegah
terjadinya longsor pada lereng.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah:
1. Mengkaji dan mengidentifikasi permasalahan kelongsoran yang terjadi pada
lokasi studi.
2. Melakukan studi mengenai stabilitas lereng pada lokasi longsor sebelum
dilakukan perkuatan.
3 Universitas Kristen Maranatha 1.3 Batasan Masalah
Pada penulisan Tugas Akhir ini, penulis memberikan batasan masalah
sebagai berikut:
1. Tugas Akhir tidak membahas mengenai desain saluran penghantar yang
mengalami kerusakan akibat longsor.
2. Analisis dilakukan hanya pada satu titik kelongsoran.
3. Opsi perkuatan lereng yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah
perkuatan sheet pile yang dimodelkan dengan bantuan perangkat lunak Plaxis
ke dalam bentuk 2 dimensi (plane strain).
4. Data tanah yang akan dipakai dalam desain adalah data sekunder berupa hasil
pengujian SPT di lapangan dan pengujian berat isi tanah serta direct shear di
laboratorium Universitas Hasanuddin Makassar.
1.4 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I, Berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan Tugas Akhir,
batasan masalah yang akan dibahas, sistematika penulisan laporan Tugas Akhir
serta lisensi perangkat lunak yang digunakan.
BAB II, Memaparkan rangkuman atas pustaka / literatur mengenai parameter
tanah, analisis stabilitas lereng, teori-teori mengenai perkuatan stabilitas lereng
dan pemaparan singkat mengenai perangkat lunak Plaxis.
BAB III, Menggambarkan bagan alir dan penjelasan mengenai metoda analisis
data dan penyelesaian permasalahan yang ditinjau serta pemaparan data tanah
hasil pengujian yang akan digunakan dalam analisis.
BAB IV, Berisi analisis stabilitas lereng dalam kondisi tanpa perkuatan dan desain
perkuatan lereng dengan bantuan perangkat lunak Plaxis.
BAB V, Berisi kesimpulan dari seluruh analisis data dan pemaparan hasil analisis
4 Universitas Kristen Maranatha 1.5 Lisensi Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah perangkat
lunak Plaxis V10.01 dengan sifat lisensi akademik, atas nama Jurusan Teknik
67 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Berdasarkan pengamatan terhadap data yang didapatkan dan hasil analisis
stabilitas dan perencanaan perkuatan lereng pada area PLTM Sabilambo dapat
disimpulkan beberapa hal diantaranya:
a. Pada lereng bagian atas sebesar 1.371.
b. Pada lereng bagian tengah atau lereng yang dibebani oleh saluran
penghantar (waterway) sebesar 0.480.
c. Pada lereng bagian bawah sebesar 1.320.
3. Angka faktor keamanan (FK) untuk lereng pada kondisi eksisting
berdasarkan analisis Plaxis adalah sebesar 0.67838 dengan posisi
kelongsoran terdapat pada lereng bagian tengah atau lereng yang dibebani
saluran peghantar (waterway).
4. Berdasarkan hasil analisis perkuatan dengan menggunakan sheet pile
dengan beberapa variasi kedalaman diperoleh nilai kedalaman optimum
untuk perkuatan sheet pile ada pada kedalaman 2.50 meter dengan tinggi
total dinding mencapai 5.76 meter. Digunakan penampang sheet pile tipe
AU-18 dengan material S240GP.
5. Angka faktor keamanan (FK) optimum dari perkuatan sheet pile dengan
kedalaman pemancangan 2.50 meter berdasarkan hasil analisis manual
adalah sebesar 1.441.
6. Berdasarkan hasil analisis perkuatan sheet pile dengan kedalaman
pemancangan sebesar 2.50 meter menggunakan perangkat lunak Plaxis
68 Universitas Kristen Maranatha a. Angka faktor keamanan (FK) perkuatan sebesar 1.3167 sebelum
lereng dibebani dan 1.2544 setelah lereng dibebani.
b. Defleksi maksimum sebesar 0.057 meter terjadi pada elevasi
dinding paling atas. Nilai ini masih memenuhi syarat defleksi ijin
yang ditentukan sebesar 6 in. (≈0.152 meter).
5.2 Saran
Setelah melakukan analisis terhadap stabilitas dan perencanaan perkuatan
lereng pada area PLTM Sabilambo, terdapat beberapa hal yang dapat menjadi
pertimbangan diantaranya:
1. Untuk mendapatkan hasil analisis yang baik diperlukan penyelidikan data
tanah yang komprehensif tepat pada titik lokasi kelongsoran.
2. Perkuatan pada lereng yang kritis sangat diperlukan agar tidak terjadi
kelongsoran yang berpotensi mengakibatkan kerusakan pada saluran
penghantar (waterway).
3. Dalam pelaksanaan pemancangan perlu diperhatikan pemilihan jenis
hammer yang digunakan mengingat jenis tanah pada areal lokasi
merupakan tanah padat dan keras.
4. Bila dibutuhkan, perlu diperhitungkan pengaruh kenaikan muka air tanah
akibat hujan mengingat jenis tanah yang dianalisis adalah pasir yang
xvii
DAFTAR PUSTAKA
1. Arcelor Mittal, 2008, Piling Handbook 8th Edition.
2. Bolton, M.D., 1986, The Strength and Dilatancy of Sand, Geotechnique 36,
No. 1, 65-78.
3. Bowles, Joseph E., 1992, Analisis dan Desain Pondasi Jilid 1 Edisi Keempat,
Erlangga, Jakarta.
4. Brinkgreve, R.B.J., 2005, Plaxis 2D-Versi 8, Plaxis b.v.
5. Budi, Gogot Setyo, 2011, Pondasi Dangkal, Andi, Yogyakarta.
6. Das, Braja M., 1993, Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis)
Jilid 1, Erlangga, Jakarta.
7. Das, Braja M., 1993, Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis)
Jilid 2, Erlangga, Jakarta.
8. Das, Braja M., 2011, Principles of Foundation Engineering 7th Edition,
Cengage Learning, Stamford.
9. Hardiyatmo, Hary Christady, 1992, Mekanika Tanah I, Gramedia Pustaka
Utama, Jakarta.
10. Look, Burt G., 2007, Handbook of Geotechnical Investigation And Design
Tables, Taylor & Francis, London.
11. Sanglerat, Guy, 1972, The Penetrometer and Soil Exploration, Elsevier,
Amsterdam.
12. Sosrodarsono, Suyono dan Nakazawa, Kazuto, 2000, Mekanika Tanah dan
Teknik Pondasi, Pradnya Paramita, Jakarta.
