1
ALTERNATIF PERKUATAN LERENG PADA RUAS JALAN MEDAN – BERASTAGI, DESA SUGO KM 25+200.
Email : Agrifasianipar@yahoo.com Email : Sipil_s2_USU@yahoo.com ABSTRAK
Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai perkuatan alternatif lereng menggunakan Program GeoSlope/W 2007. Untuk memenuhi tujuan penelitian, akan digunakan Lereng pada Laporan Tugas Akhir Iro Ganda Universitas Sumatera Utara. Pada Tugas Akhir Iro Ganda didapatkan nilai faktor keamanan 1,238 dengan perkuatan Geogrid, Sheet Pile dan Counterweight dimana analisa stabilitas lereng tersebut menggunakan bantuan program Plaxis 8.2D. Dengan nilai faktor keamanan < 1,5, akan direncanakan 3 perkuatan dengan menggunakan bantuan program GeoSlope/W 2007 dimana ketiga perkuatan ini mampu menaikkan faktor keamanan >1,5.
Di awal penelitian akan dicari nilai faktor keamanan lereng pada laporan Iro Ganda guna mendapatkan perbandingan antara kedua program ini. Kemudian akan dicari nilai faktor keamanan perkuatan lereng alternatif 1, dimana direncanakan 2 buah sheet pile sebagai perkuatan. Alternatif perkuatan 2 direncanakan kombinasi angkur dan sheet pile. Alternatif perkuatan 3 menggungakan sheet pile dan mini pile.
Dari hasil analisa program GeoSlope/W 2007 diperoleh nilai faktor keamanan 1,369, dimana parameter tanah dan perkuatan berdasarkan laporan Tugas Akhir Iro Ganda. Nilai faktor keamanan alternatif perkuatan 1 (perkuatan double sheet pile) sebesar 2,155. Nilai faktor keamanan alternatif perkuatan 2 (kombinasi angkur dan sheet pile) sebesar 1,801. Nilai faktor keamanan alternatif perkuatan 3 (kombinasi sheet pile dan mini pile) sebesar 2,139. Kata kunci: stabilitas lereng, geoslope/W 2007, sheet pile, angkur, mini pile
ABSTRACT
This study will discuss about slope reinforcement alternative by usimg GeoSlope/W 2007 program. This study used the slope on Iro Ganda’s thesis, North Sumatera University, to fulfill the objective of the study. In his study, it was showed that the value of safety factor is 1,238 with Geogrid reinforcement, sheet pile and Counterweight in which the slope stability analyses used Plaxis 8.2D program. By the value of safety factor is less than 1,5 (<1,5), this study planned three (3) reinforcements by using GeoSlope/W 2007 program in which these three reinforcements were able to increase safety factor more than 1,5 (>1,5).
2
At the beginning of this study, it analyzed the value of safety factor on Iro Ganda’s thesis to obtain comparation between these two programs (Plaxis 8.2D program and GeoSlope/W 2007 program). Then it analyzed the value of safety factor of : slope reinforcement alternative 1 , in which it applied two sheet piles as the reinforcement, slope reinforcement alternative 2 in which it applied the combination of anchor and sheet pile, slope reinforcement alternative 3 in which it applied combination of sheet pile and mini pile.
After analyzing the data of the soil parameter and reinforcement based on Iro Ganda’s thesis by using GeoSlope/W 2007 Program, it showed that the value of safety factor is 1,369, in which the value of safety factor of reinforcement alternative 1 (double sheet pile reinforcement) is 2,155, the value of safety factor of reinforcement alternative 2 (combination of anchor and sheet pile) is 1,801, and the value of safety factor of reinforcement alternative 3 (combination of sheet pile and mini pile) is 2,139.
Keywords: Slope Stability, GeoSlope/W 2007,Ssheet Pile, Anchor, Mini Pile
1. PENDAHULUAN
Pada tahun 2010 ruas jalan Medan-Berastagi KM 25+200 terjadi kelongsoran dan mengikis hampir separuh dari badan jalan. Akibat dari kejadian tersebut arus lalu lintas disepanjang jalan tersebut terhambat. Beberapa bulan setelah kejadian, Dinas Pekerjaan Umum Bina Marga Propinsi Sumatera Utara melakukan perbaikan dengan menggunakan konstruksi sheet pile dan geogrid. Dari analisa stabilitas pada lereng berdasarkan tugas akhir Iro Ganda, faktor keamanan yang didapat sebesar 1,184. Dan setelah penambahan counterweight pada sheet pile faktor keamanan yang diperoleh sebesar 1,234. Umumnya harga minimum faktor keamanan suatu lereng adalah 1,5 (Das,1991). Ini menunjukkan bahwa lereng masih dalam kondisi kritis yang dikuatirkan akan menyebabkan lereng longsor kembali. sehingga diperlukan sistem perkuatan tambahan.
Untuk itu tugas akhir ini mencoba memberikan alternatif perkuatan lereng yang bisa dijadikan sebagai solusi untuk menaikkan faktor keamanan (FK >1,5) yang terjadi di ruas jalan Medan - Berastagi KM 25+200 agar tidak terjadi kelongsoran susulan walaupun terkena hujan deras. Jenis perkuatan lereng yang akan dijadikan alternatif dalam tugas akhir ini adalah mini pile, angkur dan sheet pile.
Tujuan Penulisan
Tujuan perencanaan alternatif perkuatan lereng pada ruas jalan Medan-Berastagi, Desa Sugo adalah untuk memperoleh sistem perkuatan lereng yang tepat untuk menaikkan faktor keamanan > 1,5 dan membandingkan analisis stabilitas lereng menggunakan program Plaxis 2D dan GeoSlope 2007.
Perumusan Masalah
a. Bagaimana stabilitas lereng pada lokasi studi tanpa menggunakan perkuatan dengan menggunakan program Slope/W 2007
3
b. Apabila menggunakan sheet pile sebagai perkuatan, maka dimana elevasi pemancangan sheet pile dan dimensi yang dibutuhkan sehingga dapat menaikkan tahanan geser pada lereng yang longsor?
c. Apabila mini pile yang digunakan sebagai perkuatan lereng, maka berapa jumlah dan dimensi yang dibutuhkan sehingga dapat menaikkan tahanan geser pada lereng? d. Kombinasi perkuatan menggunakan sheet pile dan angkur.
e. Pemilihan perkuatan alternatif berdasarkan faktor keamanan dan kemudahan dalam pelaksanaan.
Pembatasan Masalah
Pada tugas akhir ini, batasan-batasannya antara lain :
a. Lokasi studi adalah ruas jalan. Medan – Berastagi, Desa Sugo KM 25+200.
b. Data tanah yang digunakan adalah data sekunder yang didapat dari Laporan Tugas Akhir Iro Ganda, Universitas Sumatera Utara.
c. Tidak diperhitungkan adanya fluktuasi muka air tanah ketika ada tidaknya terjadi hujan.
d. Perhitungan analisa stabilitas lereng menggunakan bantuan program Geo Slope/W 2007.
e. Tidak dilakukan analisa biaya.
f. Perencanaan geotekstile pada Laporan Tugas Akhir Iro Ganda tetap dipakai pada tugas akhir ini.
g. Beban lalu lintas diperhitungkan berupa beban garis statis sebesar 20 kN/m dimana berjarak 1 m satu sama lain dan lebar beban 7 m. Beban yang bekerja tidak tepat berada di ujung lereng atas namun berjarak 1 m dari ujung lereng tersebut mengurangi tambahan tekanan tanah aktif akibat beban yang bekerja
2. TINJAUAN PUSTAKA Metode Morgenstern-Price
Metode yangdipakai dalam pengerjaan Tugas Akhir ini ialah Metode Morgenstern-Price. Metode ini dapat digunakan untuk semua bentuk bidang runtuh dan telah memenuhi semua kondisi kesetimbangan. Metode Morgenstern-Price menggunakan asumsi yang sama dengan metode kesetimbangan batas umum yaitu terdapat hubungan antara gaya geser antar-irisan dan gaya normal antar-antar-irisan. Dalam metode kesetimbangan batas umum, perhitungan faktor keamanan dilakukan dengan menggunakan kesetimbangan gaya dalam arah horisontal dan kesetimbangan momen pada pusat gelinciran untuk semua irisan. Sementara itu metode Morgenstern-Price, perhitungan faktor keamanan dilakukan dengan menggunakan kondisi kesetimbangan gaya dan momen dari setiap irisan.
Persamaan Kesetimbangan Gaya
Kesetimbangan gaya dalam arah vertikal untuk setiap irisan adalah sebagai berikut: ( )
Besarnya gaya normal antar-irisan pada sisi kanan irisan (ER) dapat ditentukan dari kesetimbangan gaya pada arah horisontal untuk setiap irisan, yang dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
4
Gaya geser antar-irisan pada sisi kiri dan kanan untuk setiap irisan dapat dinyatakan sebagai berikut:
( ) ( )
Besarnya tahanan geser yang diperlukan agar lereng berada dalam kondisi tepat seimbang (Sm) dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
( ( ) )
Analisa Stabilitas Lereng Dengan Software Geoslope
Secara umum, metode analisis stabilitas lereng yang digunakan dalam Slope/W mengikuti beberapa metode yang ada, diantaranya Metode Ordinary (Fellenius), Metode Bishop, Metode Janbu, Metode Spencer, Metode Morgenstern-Price, Metode Crops of Engineering, Metode Lowe-Karafiath, Metode Keseimbangan Batas, dan Metode Tekanan Terbatas. Slope/W merupakan perumusan yang menggabungkan dua persamaan faktor keamanan yaitu gaya keseimbangan dan momen irisan. Berdasarkan pemakaian persamaan gaya antar irisan, faktor keamanan untuk semua metode dapat ditentukan dengan menggunakan dua persamaan tersebut. Dari hasil akhir program Slope/W dapat diketahui besar nilai faktor keamanan suatu lereng dan mengetahui kondisi stabilitas lereng yang ada,sehingga diharapkan dapat menyelesaikan masalah-masalah geoteknik yang berhubungan dengan kestabilan tanah atau lereng. Slope/W memiliki 3program eksekusi, yaitu: Define untuk mendefinisikan model lereng, Solve untuk menganalisa perhitungan dan Contour untuk menampilkan hasil analisa.
3. METODOLOGI PENELITIAN Metode Analisa
Dalam penentuan perkuatan alternative, penulis memperhitungkan besarnya safety factor yang didapat melalui langkah-langkah seperti berikut:
a. Perhitungan stabilitas lereng dengan menggunakan software GeoSlope/W dengan memasukkan parameter-parameter tanah yang diperoleh dari data pada laporan tugas akhir Iro Ganda.
b. Perhitungan stabilitas lereng dengan menggunakan perkuatan alternatife 1 yaitu menggunakan double sheet pile.
c. Perhitungan stabilitas lereng dengan menggunakan kombinasi angkur dan sheet pile d. Perhitungan stabilitas lereng dengan menggunakan kombinasi antara sheet pile dan
5 4. ANALISIS DAN PERHITUNGAN
Kondisi Awal Perkuatan Lereng Dengan Slope/W 2007
Dengan kondisi lereng dan perkuatan lereng yang sama akan dibandingkan besar faktor keamanan yang diperoleh dengan mengunakan program Plaxis 2D dan Slope/W 2007
Tabel 1. Parameter tanah yang digunakan dalam perhitungan Slope/W 2007 Lapisan Kedalaman (m) Kohesi (c) (kN/ ) Berat Jenis Tanah(kN/ ) Phi ( ) Lapisan 1 1 1 20 30 Lapisan 2 7 5 18 25 Lapisan 3 5 1 20 32 Lapisan 4 9 1 20 34 Lapisan 5 7 1 20 34 Timbunan biasa 4 1 20 30 Timbunan pilihan 8 1 21 33 Counterweight 3 1 20 31
Langkah-langkah dalam prosedur pengerjaan program Slope/W. a. Atur data pada KeyIn Analyses
6 b. Atur tampilan kertas gambar melalui menu Set
Gambar 2. Pengaturan kertas gambar pada menu Set
c. Menggambar lereng pada kertas gambar dengan menggunakan menu Sketch.
Gambar 3. Tahap awal penggambaran sketsa lereng.
d. Masing-masing lapisan dibatasi dengan menu Draw-Region untuk membedakan kondisi antar lapisan.
7
Gambar 4. Parameter tanah
8
Gambar 6. Parameter Geogrid
f. Atur batasan masukan dan keluaran data pada ikon slip surface pada kolom exit dan entry range.
Gambar 7. Input batasan masukan dan keluaran data. g. Memasukkan beban yang bekerja pada lereng.
9
Gambar 9. Gambar akhir perkuatan lereng
h. Cek data yang telah dibuat dengan mengklik menu tools dan verify. Klik verify, maka akan muncul informasi data yang telah dibuat. Apabila tidak ada kesalahan dalam input data dan proses data maka akan tertulis: 0 error (s) found.
Gambar 10. Cek data
i. Langkah selanjutnya solve, kemudian akan mucul kotak dialog yang menunjukkan data minimum faktor keamanan.
10
Gambar 11. Hasil akhir perkuatan lereng.
Gambar 12. Bidang longsor kritis
Kelongsoran yang terjadi merupakan kelongsoran dangkal di kaki timbunan dimana kelongsoran berbentuk lingkaran. Besarnya faktor keamanan lereng dengan menggunakan program plaxis 2D sebesar 1,234 sedangkan dengan menggunakan program slope/W diperoleh 1,369 dimana dengan beberapa kriteria sebagai berikut:
a. Geogrid yang digunakan adalah material dengan kuat tarik 50 kN dengan faktor keamanan geogrid 2.
b. Gaya geser sheet pile sebesar 2118 kN berdasarkan tahanan pasif, dimana: ⁄ ( )
11
Dengan besarnya faktor keamanan untuk sheet pile ialah 5, maka gaya geser yang terpakai 2118/5 = 423,6 kN.
c. Beban lalu lintas diperhitungkan berupa beban garis statis sebesar 2 t/m dan bekerja sepanjang 7 m dengan jarak 1 m satu sama lain. Beban yang bekerja tidak tepat berada di ujung lereng atas namun berjarak 1 m dari ujung lereng tersebut mengurangi tambahan tekanan tanah aktif akibat beban yang bekerja.
d. Berdasarkan peta zonasi gempa Indonesia tahun 2010, lokasi longsor berada pada zonasi dengan percepatan gempa puncak batuan dasar 0,15 - 0.2. Beban gempa diperhitungkan dengan koefisien gempa horizontal sebesar 0,15. Koefisien gempa vertical diasumsikan = 0.
Jumlah irisan pada kelongsoran talud sebanyak 30 buah dan diambil irisan ke-21 sebagai contoh. Berdasarkan gambar irisan 21, besarnya tegangan normal( ) = 124,5 kPa dan berdasarkan kondisi lereng, c=1, , dan tekanan air pori = 0. Kuat geser tanah dapat dihitung berdasarkan persamaan Mohr-Coulomb seperti berikut :
( )
Panjang lengkung lingkaran pada irisan ke-21 adalah 0,79 m dan gaya tahanan geser (Sr) dapat dihitung dengan mengalikan panjang lengkung lingkaran dengan kuat geser tanah
.
.
Besarnya tahanan geser yang diperlukan agar lereng berada dalam kondisi tepat setimbang (Sm), yakni:
Metode Morgenstern-Price menggunakan asumsi yang sama dengan Metode Kesetimbangan Batas Umum yaitu terdapat hubungan antara gaya geser antar-irisan dan gaya normal antar-irisan, yang dapat dinyatakan dengan persamaannya sebagai berikut:
Xr = λ f (x)Er
Xr = 0,8114(0,78)(496,3) Xr = 314,9 kN
Nilai α bisa diperoleh dengan memasukkan nilai pada kesetimbangan gaya dalam arah vertikal
( ) (-344,6+314,9) + 98,5 cosα + 45 sinα – 77 = 0
12 Dengan cara coba-coba diperoleh
Cek kesetimbangan gaya dalam arah horizontal berdasarkan Persamaan 2.42
11,62 + 501,05 + 98,5(sin 16) = 496,3 + 45,5(cos16) 539,82 = 540,03……(OK)
Alternatif Perkuatan 1 Dengan Menggunakan Double Sheet Pile.
Alternatif perkuatan 1 dengan menggunakan sheet pile tambahan di badan timbunan,yaitu pada elevasi (10,24) dimana direncanakan dengan panjang sheet pile 7 m.
Besarnya gaya geser sheet pile 2 ( ) * ( )+ Gaya geser yang terpakai ialah besarnya gaya geser dibagi faktor keamanan sheet pile yaitu 482/5 = 96,4 kN
Bentuk lereng juga terjadi perubahan dan tidak adanya penggunaan counterweight dan kedalaman sheet pile 1 ( yang berada di kaki lereng) = 10 m.
Sehingga besarnya gaya geser sheet pile 1 ( ) * ( )+ . Gaya geser yang terpakai 1750/5 = 350 kN.
13
Gambar 14. Faktor Keamanan Alternatif 1.
Alternatif Perkuatan 2 Kombinasi Sheet Pile Dan Angkur Direncanakan angkur dengan kriteria:
a. Panjang angkur 7 m. b. Gaya pada angkur 300 kN. c. Diameter injeksi semen 0.3 m. d. Panjang injeksi semen 3 m. e. Tahanan injeksi semen 200 kPa. f. SF tahanan injeksi semen 2. g. Jarak antar angkur 2 m.
h. Angkur ditempatkan menggunakan plat dan shotcrete.
14
Gambar 16. Faktor keamanan alternatif perkuatan 2
Alternatif Perkuatan 3 Kombinasi Sheet Pile Dan Mini Pile.
Direncanakan 2 buah tiang pancang baja dengan diameter 0,2 m dan panjang 5 m dengan spasi antara tiang pancang 2 m.
Gambar 17. Perkuatan alternatif 3 kombinasi sheet pile dan mini pile.
Hitungan kapasitas lateral tiang ujung jepit (Metode Broms) dapat dihitung dengan persamaan:
15 ( )( )( )( )
( ) ( ) ( )[( ( ⁄ )]
Dengan memberikan faktor aman F = 3, gaya horizontal yang aman terhadap keruntuhan tanah dan tiang:
Gambar 18. Faktor keamanan alternatif 3
5. KESIMPULAN
Perencanaan alternatif perkuatan lereng pada ruas jalan Medan-Berastagi. Desa Sugo dapat disimpulkan sebagai berikut :
a. Kelemahan Program GeoSlope tidak mampu menghasilkan pergerakan gaya pada konstruksi perkuatan maupun tanah, tidak bisa memasukkan profil, tegangan profil dan hubungan regangan dan tegangan.
b. Dari hasil analisa stabilitas lereng menggunakan program Plaxis 8.2 faktor keamanan pada kondisi dengan perkuatan sheet pile, geogrid dan counterweight diperoleh SF = 1,234.
c. Dari hasil analisa stabilitas lereng menggunakan program Slope/W 2007 faktor keamanan diperoleh 1,369. Perbedaan besarnya faktor keamanan ini disebabkan program plaxis (FEM) didasarkan pada hubungan tegangan regangan sedangkan program Slope tidak memperhitungkan hubungan tegangan regangan.
d. Alternatif perkuataan 1 yaitu dengan menggunakan perkuatan double sheet pile. Sheet pile 1 yang digunakan H-15 m dengan kedalaman pemancangan 10 m dan
16
sheet pile 2 yang digunakan H-7 m dengan kedalaman pemancangan 7 m. Besarnya faktor keamanan yang didapat adalah 2,155.
e. Alternatif perkuatan 2 yaitu dengan menggunakan kombinasi perkuatan sheet pile 1 dan angkur. Angkur yang digunakan dengan panjang 7 m dengan kapasitas 150 kN. Besarnya faktor keamanan yang didapat sebesar 1,801.
f. Alternatif perkuatan 3 yaitu dengan menggunakan kombinasi sheet pile 1 dan mini pile. Jumlah mini pile yang didapatkan agar dapat menaikkan FK > 1,5 pada lereng yang longsor sebanyak 2 buah dengan jarak antar mini pile 2 m. Mini pile ini dipasang dengan kedalaman 5 m. Besarnya faktor keamanan yang didapat 2,139. g. Alternatif perkuatan yang dipilih ialah perkuatan dengan menggunakan konstruksi
double sheet pile, dengan mempertimbangkan kemudahan dalam pelaksananaan dilapangan.
DAFTAR PUSTAKA
Das, Braja, M, 1995, Mekanika Tanah 2, Penerbit ERLANGGA, Jakarta.
Das, Braja, M, 2006, Principles of Geotechnical Engineering fifth edition, Thomson Canada Limited, Canada
Craig, R.F. 1987. Mekanika Tanah, Edisi Keempat. Diterjemahkan oleh Budi Susilo Soepandji. Jakarta : Penerbit Erlangga..
Laporan Tugas Akhir Iro Ganda Sitohang, Analisis Stabilitas Lereng Menggunakan Perkuatan Geogrid, Universitas Sumatera Utara.
Jurnal Tugas Akhir Dedy Dharmawansyah, Alternatif Perkuatan Lereng Pada Ruas Jalan Trenggalek-Ponorogo Km 23 +650, Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya. Christady, Hary, 1994, Mekanika Tanah 2, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Soedarmo, Djatmiko, 2001, Mekanika Tanah 2, Penerbit Kanisius, Yogyakarta.
