TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

4 2.1. Studi Pustaka

Lereng merupakan bagian dari infrastruktur jalan wilayah berbukit yang keberadaannya turut berperan dalam menunjang kelancaran moda transportasi darat, sementara faktor lainnya adalah tingkat keamanan, kenyamanan, waktu tempuh dalam perjalanan dan faktor kendaraan itu sendiri. Konstruksi jalan yang baik memerlukan perencanaan, pembangunan, penataan dan pemeliharaan yang handal, mulai dari pengetahuan tanah dasar (subgrade) sampai material konstruksi jalan.

Faktor eksternal yang dapat mempercepat dan menjadi pemicu longsoran tanah terdiri dari berbagai faktor yang kompleks seperti kemiringan lereng, perubahan kelembaban tanah/batuan karena masuknya air hujan, tutupan lahan serta pola pengolahan lahan, pengikisan oleh air yang mengalir (air permukaan), ulah manusia seperti penggalian dan lain sebagainya (Djauhari, 2011).

Penelitian Wiqoyah dan Wulan (2006), melaporkan penanganan longsoran badan jalan dengan perkuatan dinding vertikal menggunakan geotekstil pada ruas Jalan Majenang-Wanareja (Cilacap), hasil uji penelitian tanah dasar berjenis lempung tidak baik untuk pembangunan jalan raya, dapat terjadi kelongsoran.

Penanganan dengan geotekstil merupakan upaya menstabilkan tanah dasar tersebut.

Dwiarso (2008), melaporkan teknik yang menggabungkan perkuatan dengan tanah yang ada yang ditahan dibelakangnya oleh jaring kawat baja dan diperkuat dengan geosintetik merupakan struktur penahan yang ramah lingkungan dengan tumbuhan di sekelilingnya.

Suwarsa, dkk (2010), melaporkan penanganan longsoran dengan dinding penahan kantilever beton bertulang terhadap kemantapan lereng dalam kontur alami dengan pembebanan lalu lintas, analisis metode Irisan Bishop menghasilkan nilai angka kestabilan (Fs >1,5).

Penelitian Arif dan Widodo (2007), melaporkan bahwa kondisi semua lapisan tanah yang jenuh oleh air tanah pada lokasi, terancam longsor. Faktor utama penyebab ketidakstabilan lereng sangat mungkin dipengaruhi oleh naiknya muka air tanah (drainase tidak ada) yang dapat menurunkan stabilitas lereng.

Analisis geoteknik dilakukan dengan memanfaatkan Plaxis, perangkat lunak elemen hingga. Model konstitutif elastis plastik dan Mohr-Coulomb kriteria kegagalan lereng dipilih untuk model tanah. Pemantauan lapangan selama hujan deras berikut beberapa analisis geoteknik menunjukkan bahwa sekelompok timbunan jenuh dengan diameter satu meter yang efektif menstabilkan lereng (Irsyam, 2007).

Analisis stabilitas lereng dengan komputer untuk menstabilkan lereng dan tanah longsor menggunakan sumbu geotekstil saluran air sebagai pendorong, metode ini menunjukkan peningkatan yang signifikan (10-40 persen) pada faktor keamanan setelah instalasi menguras. Keterbatasan metodologi diakui: mungkin diterapkan di spesifik situasi yang membutuhkan relatif singkat (<30-45 m, atau <100-150 ft) mengalir dalam bahan mulai dari lembut sampai sangat kaku (Santi, 2003).

Soil nailing merupakan jenis perkuatan pasif pada tanah dengan menancapkan potongan-potongan baja (nails) yang kemudian di-grout. Soil nailing digunakan secara khusus untuk menstabilisasi lereng atau galian yang lebih menguntungkan dibandingkan sistem dinding penahan tanah yang lain. Pada beberapa kondisi, soil nailing memberikan alternatif yang bisa dilakukan dilihat dari sisi kemungkinan pelaksanaan, biaya pembuatan, dan lamanya waktu pengerjaan jika dibandingkan dengan sistem perkuatan lereng yang lain (Lazarte, 2003).

Analisis tegangan – perpindahan dan faktor keamanan (SF) pada lereng miring dengan perkuatan soil nailing menggunakan program plaxis 8.2. Hasil analisisnya nilai faktor keamanan (SF) lereng mengalami peningkatan seiring dengan penambahan panjang nail dan nilai faktor keamanan (SF) mengalami penurunan seiring dengan penambahan sudut kemiringan lereng (Aza, 2012).

Analisis stabilitas lereng pada badan jalan dan perencanaan perkuatan dinding penahan tanah pada studi kasus jalan raya Selemadeg, Desa Bantas, Kecamatan Selemadeg Timur, Kabupaten Tabanan, Provinsi Bali. Hasil analisisnya nilai faktor keamanan (SF) lereng pada kontur alami kurang dari 1. Faktor keamanan (SF) mencapai angka lebih dari 1 setelah mengurangi kecuraman lereng dan dibangun dinding penahan tanah (Tjokorda, 2010).

2.2. Rood Map Penelitian

Penelitian terdahulu diperlukan sebagai pelengkap informasi dan untuk membuat kebaruan dalam sebuah penelitian. Penelitian terkait dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1.Rood Map Penelitian

No. Nama Peneliti Tahun Permasalahan Penelitian Metode Penelitian

1. Wiqoyah dan Wulan 2006

Tanah dasar berjenis lempung tidak baik untuk pembangunan jalan raya yang menyebabkan terjadinya kelongsoran

Metode kuantitatif dengan perhitungan manual dan program untuk penanganan stabilitas lereng menggunakan

geotekstil

2. Irsyam 2007

Analisa efektif untuk menstabilkan lereng akibat timbunan tanah jenuh selama masa hujan maksimal.

Metode kuantitatif dengan survey kondisi lapangan dengan analisa geoteknik dengan memanfaatkan Plaxis, perangkat lunak elemen hingga,

3. Dwiarso 2008

Stabilitas lereng dan alternative penanganan dengan struktur penahan yang ramah lingkungan

Metode kuantitatif dengan survey kondisi

lapangan dan

penggunaan teknik perkuatan jaring kawat baja yang diperkuat dengan geosintetik

4. Suwarsa, dkk 2010

Penanganan longsoran terhadap kemantapan lereng dalam kontur alami dengan pembebanan lalulintas.

Metode kuantitatif dengan perhitungan manual dan program untuk penanganan longsoran dengan dinding penahan kantilever beton bertulang dengan metode Bishop .

5. Tjokorda 2010

Analisa stabilitas lereng pada badan jalan dan perencanaan perkuatan dinding penahan tanah

Metode kuantitatif dengan penyelidikan

tanah dengan

pengurangan

Lanjutan Tabel. 2.1.

No. Nama Peneliti Tahun Permasalahan Penelitian Metode Penelitian pada studi kasus jalan raya

Selemadeg, Desa Bantas, Kecamatan Selemadeg Timur, Kabupaten Tabanan, Provinsi Bali

kecuraman lereng dan dibangun dinding penahan tanah

6. Aza 2012

Optimasi perkuatan lereng menggunakan soil nail dimana kelandaian lereng tidak bias diubah

Metode kuantitatif dengan menggunakan program plaxis 8.2

7. Rivai sargawi, dkk 2013

Optimasi perkuatan lereng menggunakan soil nail dimana kelandaian lereng tidak bias diubah

Metode kuantitatif dengan metode elemen hingga

Posisi penelitian yang dilakukan sesuai dengan rumusan masalah penelitian, yaitu:

1. Data Karakteristik tanah dan batuan penyusun lereng merupakan data primer hasil pengeboran dilapangan pada ruas jalan Jatimalang – Karanggrde – Batas Jawa Tengah Sta. 2+250 dengan pengeboran dilapangan dengan 3 (tiga) titik pengambilan pada lereng atas, bahu jalan dan lereng bawah, dan sampel tanah diolah di Laboratorium Mekanila Tanah Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Penyebab Kelongsoran sesuai dengan penelitian Djauhari (2011) akan tetapi pada lokasi yang berbeda.

3. Perbaikan stabilitas lereng sesuai dengan penelitian Aza (2012), dengan perkuatan soil nailing menggunakan program yang berbeda untuk lereng atas dan perbaikan stabilitas lereng sesuai dengan penelitian Tjokorda (2010), dengan perkuatan dinding penahan tanah pada lreng bawah pada lokasi yang berbeda.

2.3. Landasan Teori

Penyelesaian permasalahan longsoran sangat diperlukan adanya data-data yang cukup dalam menjelaskan karakteristik tanah dilokasi terjadinya longsor sehingga dapat dibuat analisis yang tepat untuk menyelesaikan permasalahan.

2.3.1. Mekanisme Longsoran

Mekanisme suatu longsoran sangat sulit diprediksi waktu dan penyebab terjadinya, sehingga keadaan suatu lereng yang dianggap stabil juga tidak dapat dinyatakan aman terhadap longsor. Mekanisme suatu longsoran lereng baru dapat diketahui pasca terjadinya longsor tersebut dengan meneliti sebab-sebab terjadinya.

Stabilitas lereng dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut (Hardiyatmo, 2006):

a) Gaya-gaya yang menggerakkan, contohnya berat sistem tanah.

b) Gaya rembesan dalam lereng.

c) Kemiringan dari bidang longsor.

d) Kuat geser pada bidang longsor.

e) Pengurangan kuat geser pada bidang longsor oleh tekanan hidrostatik.

Gaya-gaya penyebab longsoran diestimasi bersumber dari akumulasi berat sistem tanah yang dipengaruhi oleh bertambahnya tekanan air tanah akibat rembesan aliran air dalam tanah. Tekanan air tanah berlebih menyebabkan retakan pada bidang gelincir lereng, menimbulkan gaya tambahan sehingga berpotensi terjadinya longsor.

Pengaruh air hujan dan tekanan air dalam analisis diperhitungkan sebagai tekanan tambahan pada tanah sehingga tanah dinyatakan dalam kondisi jenuh(saturated).

Mekanisme longsor juga dapat terjadi akibat berkurangnya tahanan gaya dalam berupa tahanan geser material disepanjang bidang gelincir lereng. Tahanan geser di sepanjang bidang geser terkait dengan sudut gesek terdrainase (drained friction angle) tanah pada bidang longsor. Banyak longsoran disebabkan oleh lapisan lempung atau bentonite (sudut gesek dalam terdrainase, ‘ = 10° sampai 25°) yang sulit terdeteksi di dalam lapisan kuat dengan sudut gesek terdrainase di antara 30°

sampai 40°.Tahanan terhadap longsoran juga dapat tereduksi oleh naiknya tekanan air pada bidang longsor. Kenaikan tekanan air ini mengurangi tahanan gesek, karena gaya normal pada bidang longsor menjadi berkurang (Hardiyatmo, 2006).

2.3.2. Pengertian dan Teori Dasar Longsoran

Banyak jenis gerakan massa tanah yang dapat diklasifikasikan sebagai longsor. Gerakan masa tanah merupakan perpindahan masa tanah atau batuan pada arah tegak, datar, atau miring dari kedudukan semula, yang terjadi bila ada gangguan

kesetimbangan pada saat itu (Suharyadi, 2006).

Definisi menurut Dirjen Bina Marga, longsoran/gerakan tanah adalah perpindahan masa tanah/batuan pada arah tegak, mendatar atau miring dari kedudukan semula, dalam definisi ini termasuk juga deformasi lambat atau jangka panjang dari suatu lereng yang biasa disebut rayapan (creep).

Teori dasar longsoran didasarkan pada tingkat stabilitas lereng karena longsor terjadi akibat berkurangnya stabilitas gaya-gaya yang ada di bidang gelincir lereng.

Analisis stabilitas lereng umumnya didasarkan pada konsep keseimbangan batas plastis (limit plastic equilibrium). Maksud dari analisis stabilitas adalah untuk menentukan faktor aman dari bidang longsor yang potensial. Analisis stabilitas lereng, beberapa anggapan dibuat yaitu (Hardiyatmo, 2006):

a. Kelongsoran lereng terjadi di sepanjang permukaan bidang longsor tertentu dan dapat dianggap sebagai masalah bidang 2 dimensi.

b. Masa tanah yang longsor dianggap sebagai benda massif.

c. Tahanan geser dari masa tanah, di sembarang titik sepanjang bidang longsor tidak tergantung dari orientasi permukaan longsor, atau dengan kata lain, kuat geser tanah dianggap isotropic.

d. Faktor aman didefinisikan dengan memperhatikan tegangan geser rata-rata sepanjang bidang longsor potensial, dan kuat geser tanah rata-rata sepanjang permukaan longsoran. Jadi, kuat geser tanah mungkin terlampaui di titik-titik tertentu pada bidang longsornya.

2.3.2.1. Faktor Keamanan (Safety Factor = SF)

Faktor keamanan (SF) adalah nilai banding antara gaya yang menahan dan gaya yang menggerakkan, faktor aman hasil hitungan harus lebih besar dari 1 (satu).

Nilai faktor keamanan (SF) tepat sama dengan 1 (satu) adalah nilai kritis, posisi kesetimbangan antara gaya penahan longsor dan gaya penggerak longsor. Saat pertambahan nilai gaya penggerak longsor melebihi dari nilai gaya penahan longsor maka saat itulah mulai terjadinya longsor.

= ... (2.1)

dengan:

SF = faktor keamanan,

 = tahanan geser maksimum (kuat geser tanah),

_d = tegangan geser yang terjadi.

Gaya yang menahan longsoran menurut teori Mohr-Coulomb, adalah tahanan geser tanah maksimum () yang dapat dimobilisasi tanah sepanjang bidang longsor.

= + ...(2.2) dengan:

 = tahanan geser maksimum (kuat geser tanah), c = kohesi,

 = tegangan normal,

 = sudut geser dalam tanah.

Gaya yang menggerakkan berupa tegangan geser tanah yang terjadi (d) akibat beban tanah dan beban-beban lainnya pada bidang longsor.

= + ...(2.3) dengan:

d = tegangan geser akibat gaya berat tanah yang akan longsor, c_d = kohesi,

 = tegangan normal,

d = sudut geser dalam tanah.

Formulasi persamaan di atas dapat disubstitusikan sehingga diperoleh nilai faktor keamanan berikut:

= ...(2.4) Faktor aman minimum yang disarankan oleh Christopher et al. (2000) dalam hitungan stabilitas struktur timbunan bertulang geosintetik di atas tanah lunak seperti dalam Tabel 2.2. (Hardiyatmo, 2006).

Tabel 2.2.Faktor aman untuk analisis stabilitas struktur timbunan bertulang.

No. Tinjauan terhadap Faktor Aman

1. Keruntuhan kapasitas dukung tanah 1,5 – 2,0

2. Keruntuhan geser rotasional pada akhir pembangunan 1,3 3. Stabilitas geser internal (jangka panjang) 1,5

4. Sebaran lateral (penggelinciran) 1,5

5. Pembebanan dinamik 1,1

2.3.2.2. Bidang Longsor Lereng Terbatas

Gambar. 2.1.Analisis stabilitas timbunan di atas tanah miring (Hardiyatmo, 2006) Berat massa tanah yang akan longsor adalah:

= . . . (1)

= . ( − )

= . ^{( )}

. ...(2.5) dengan:

w = berat tanah di atas bidang longsor (kN),

 = sudut bidang longsor terhadap horisontal (derajat),

 = sudut lereng timbunan baru (derajat),

 = berat volume tanah (kN/m³).

H = tinggi lereng timbunan.

Tegangan normal () dan tegangan geser () yang terjadi akibat berat tanah ABC pada bidang AB adalah:

= / ( ) = ^{. . . . . ( )}

. ...(2.6)

= / ( ) = ^{. . . . ( )}

. ...(2.7) Substitusi Persamaan (2.6) dan (2.7) kedalam Persamaan (2.2) dan (2.3) diperoleh:

= ^{( )} ...(2.8)

Pada saat kondisi kritis SF = 1, dari substitusi c_d = c dan _d =  ke dalam Persamaan (2.8), diperoleh tinggi H kritis:

= ( ) ...(2.9) dengan:

H_c = tinggi lereng kritis (m),

 = sudut bidang longsor terhadap horisontal (derajat),

 = sudut lereng timbunan baru (derajat), c = kohesi (kN/m²),

 = berat volume tanah (kN/m³),

 = sudut gesek dalam tanah (derajat).

2.3.2.3. Bidang Longsor Lingkaran

Bidang longsor lengkung atau lingkaran banyak terjadi pada longsoran lereng dari tanah-tanah kohesif homogen. Keruntuhan lereng dari jenis tanah kohesif banyak terjadi karena bertambahnya kadar air tanah. Sebab terjadinya longsoran adalah karena tidaktersedianya kuat geser tanah yang cukup untuk menahan gerakan tanah longsor ke bawah pada bidang longsornya (Hardiyatmo, 2006).

Bentuk anggapan bidang longsor berupa lingkaran dimaksudkan untuk mempermudah hitungan analisis stabilitasnya secara matematik, dipertimbangkan mendekati bentuk sebenarnya dan bidang longsoryang sering terjadi di alam.

Kesalahan analisis stabilitas lereng tidak banyak disebabkan oleh bentuk anggapan bidang longsor, akan tetapi oleh kesalahan dalam penentuan sifat-sifat tanah dan penentuan lokasi bidang longsor kritisnya (Bowles, 1984).

Gambar. 2.2.Analisis stabilitas lereng tanah lempung (Bowles, 1984)

= ^{. .} ...(2.10) dengan:

F = faktor aman,

W’ = berat tanah yang akan longsor (kN), R = jari-jari lingkaran bidang longsor (m), L_AC = panjang lengkungan AC (m),

c = kohesi (kN/m²),

y = jarak pusat berat W terhadap O (m),

2.3.2.4. Metode Irisan Fellinius

Cara-cara analisis stabilitas yang telah dibahas sebelumnya hanya dapat digunakan bila tanah homogen. Bila tanah tidak homogen dan aliran rembesan terjadi di dalam tanah tidak menentu, cara yang lebih cocok adalah dengan metoda irisan (Hardiyatmo, 2006).

Gambar.2.3. Gaya-gaya yang bekerja pada irisan (Fellinius, 1927 dalam Hardiyatmo, 2006)

Gaya normal yang bekerja pada suatu titik di lingkaran bidang longsor, terutama dipengaruhi oleh berat tanah di atas titik tersebut. Dalam metoda irisan, massa tanah yang longsor dipecah-pecah menjadi beberapa irisan vertikal, bagian keseimbangan dari tiap-tiap irisan memperlihatkan satu irisan dengan gaya-gaya yang bekerja padanya.

Analisis stabilitas lereng cara Fellinius (1927) menganggap gaya-gaya yang bekerja pada sisi kanan-kiri dari sembarang irisan mempunyai resultan nol pada arah tegak lurus bidang longsor. Keseimbangan arah vertikal dan gaya-gaya yang bekerja dengan memperhatikan tekanan air pori adalah (Hardiyatmo, 2006):

+ = . cos

= . cos + ...(2.11) Faktor aman diperhitungkan sebagai,

= Jumlah momen dari tahanan geser sepanjang bidang longsor Jumlah momen dari berat massa tanah yang longsor

= _∑^∑ ...(2.12) Lengan momen dari berat masa tanah tiap irisan adalah R sin , maka:

∑ = ∑ ...(2.13)

∑ = ∑ ( + ) ...(2.14) Substitusi Persamaan (2.13) dan (2.14) ke Persamaam (2.12), diperoleh persamaan faktor aman:

= ^∑ _∑^{( ).} ...(2.15) dengan:

SF = faktor aman,

Wi = berat irisan tanah ke-i (kN),

 = sudut gesek dalam tanah (derajat), c = kohesi (kN/m²),

i = sudut tengah pias ke-i (derajat),

ai = panjang lengkung lingkaran pada irisan ke-i (m), ui = tekanan air pori pada irisan ke-i (kN/m²).

2.3.3. Metode Analisis Dengan Aplikasi Komputer

Untuk mengatasi masalah longsoran banyak aplikasi software yang dapat kita pergunakan dalam proses analisa stabilitas lereng. Dalam analisa ini dipergunakan aplikasi software GeoStudio 2007 Versi7for Student dengan penekanan pada GeoSlope, dan analisa software Microsoft Excell.

Analisis menggunakan software dimaksudkan sebagai pembanding dari analisa secara manual. Pembahasan lebih detail pada stabilitas lereng, sehingga diharapkan dapat membantu dalam aplikasi lapangan.

2.3.3.1. Metode Analisis Aplikasi GeoSlope

Menganalisis stabilitas struktur geoteknik adalah jenis tertua dari analisis numerik dalam rekayasa geoteknik. Permodelan masa meluncur potensial menjadi metode irisan diperkenalkan pada awal abad ke-20, tahun 1916, Petterson (1955) yang disajikan analisis stabilitas Quay Stigberg di Gothenburg, Swedia.Selama beberapa dekade berikutnya, Fellenius (1936) memperkenalkan metode irisan Swedia, dikembangkan pada pertengahan 1950-an, Janbu (1954) dan Uskup (1955).

Munculnya komputer elektronik di tahun 1960-an membuat lebih mudah menangani proses iteratif dalam metode yang menyebabkan formulasi matematis yang lebih detail seperti yang dikembangkan oleh Morgenstern dan Harga (1965) dan oleh Spencer (1967).

GeoStudio, diperkenalkan pertama kali sejak 1977, dikembangkan oleh Prof.

D.G. Fredlund di University ofSaskatchewan. Versi komersial pertama dipasang pada mainframe komputer dan pengguna dapat mengakses perangkat lunak melalui biro perangkat lunak, selanjutnya terus dikembangkan hingga diakomodir dalam Microsoft Windows yang dalam pembahasan ini menggunakan generasiGeoStudio2007 V.7 for student.

Prinsip dasar dari analisis GeoSlope adalah mengacu pada “The Limits of Limit Equilibrium Analyses”(teori rancangan keseimbangan batas) yang berawal dari metode irisan yang dikembangkan Fellenius (1936).GeoSlope merupakan salah satu komponen dari GeoStudio, dimana pembahasan lebih khusus pada stabilitas lereng.

Secara umum prinsip kerja software GeoSlope sama dengan software analisis lainnya, meliputi input data, solve (proses pengolahan data) dan output (hasil) berupa grafik dan daftar variabel sepanjang permukaan gelincir lereng atau untuk menampilkan gaya yang bekerja pada masing-masing slice.

Dasar keseimbangan saat benar-benar independen dari interslice gaya geser, seperti ditunjukkan oleh kurva keseimbangan saat horisontal. Keseimbangan kekuatan adalah tergantung pada gaya geser interslice. Slip interslice yang

substansial sangatlah diperlukan untuk massa geser bergerak lateral sebagai konsekuensi kesetimbangan gaya horisontal terhadap interslice geser.

Gambar. 2.4. Gaya dalam yang bekerja pada salah satu slice dari bidang longsor.

Keseimbangan total gaya dalam dari tanah di bawah bidang longsor dan gaya dalam dari tanah di atas bidang longsor menentukan tingkat stabilitas dari lereng.

Analisis GeoSlope dalam penelitian ini dipergunakan untuk mengetahui posisi bidang longsor paling kritis dari lereng rencana tanpa perkuatan, sehingga variabel yang menjadi input data adalah berat jenis tanah () (drained dan saturated), kohesi (c), sudut geser dalam dari tanah ( ) dan profil desain kemiringan lereng yang direncanakan. Hasil analisis akan memberikan banyak posisi bidang longsor yang mungkin terjadi dan output yang menjadi pilihan adalah bidang longsor paling kritis yang memberikan nilai SF (safety factor) terkecil.

GeoStudio 2007 V.7 terdiri atas beberapa sub aplikasi meliputi:

a. GeoSlope/W analysis, aplikasi geoteknik untuk permodelan stabilitas lereng.

b. GeoSeep/W analysis, aplikasi geoteknik untuk permodelan rembesan pada bendungan dan sejenisnya.

c. GeoSigma/W analysis, aplikasi geoteknik untuk permodelan tegangan dan deformasi lereng, tanah timbunan dan sejenisnya.

d. GeoQuaqe/W analysis, aplikasi geoteknik untuk permodelan gaya akibat gempa pada lereng, tanah timbunan, bendungan, dan sejenisnya.

e. GeoTemp/W analysis, GeoCtran/W analysis, GeoAir/W analysis danGeoVadose/W analysis.

2.3.4. Soil Nailing

Soil nailing merupakan salah satu jenis perkuatan lereng dengan memasang potongan-potongan baja (nails) kedalam tanah. Proses ini menghasilkan sebuah bagian perkuatan yang stabil dan bisa menahan tanah di belakangnya (Lazarte 2003).

Perkuatan yang bekerja bersifat pasif dan kinerja perkuatannya berkembang melalui interaksi antara tanah dan nails dalam deformasi tanah selama proses konstruksinya.

Lazarte 2003 menjelaskan bahwa ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mendesain perkuatan soil nailing berdasarkan mode keruntuhan yang mungkin terjadi antara lain:

1. Pullout Failure

Pullout failure dapat terjadi akibat tidak cukupnya panjang tusukan nail yang melewati batas bidang gelincir lereng dan gaya gesekan tanah yang bekerja pada permukaan nail. Besarnya gaya gesekan tanah yang bekerja pada nail dipengaruhi oleh nilai kohesi tanah dan kekasaran permukaan nail. Untuk meningkatkan kekasaran permukaan nail, biasanya dilakukan grout dengan semen disekitar nail.

Gambar. 2.5. Pullout Failure

2. Nail Tendon Failure

Keruntuhan ini terjadi akibat ketidak mampuan kekuatan tegangan nail dalam menahan beban tanah diatas bidang gelincir lereng. Hal ini dipengaruhi oleh besarnya nilai tegangan leleh baja (fy) yang digunakan sebagai nail. Nail tendon failure juga dapat terjadi akibat berkurangnya kekuatan nail yang disebabkan oleh oksidasi dalam tanah yang mengakibatkan terjadinya karat pada nail.

Gambar. 2.6. Nail Tendon Failure

3. Face Failure

Keruntuhan ini biasanya disebabkan lebih kepada kesalahan pekerjaan pada saat proses konstruksi. Face failure terjadi akibat ketidak mampuan ujung permukaan nail menahan gaya lateral tanah. Gaya lateral tanah yang seharusnya bisa ditahan oleh dinding pada ujung permukaan nail, dapat mengalami keruntuhan jika terjadi kesalahan dalam pemasangannya.

Gambar. 2.7. Detail pemasangan ujung permukaan nail

Gambar. 2.8. Face failure

Secara skematik, stabilitas lereng global dengan perkuatan soil nailing dapat diilustrasikan sebagai berikut:

Gambar. 2.9. Stabilitas Lereng Global dari Soil Nailing Dimana : α = sudut kemiringan permukaan lereng

β = sudut kemiringan lereng ø = sudut gesek dalam

ψ = sudut inklinasi bidang gelincir lereng i = sudut kemiringan nail

LF = panjang bidang gelincir lereng W = berat tanah

QT = beban luar

T = gaya ekuivalen nail NF = gaya normal SF = gaya geser lereng

Secara umum, komponen-komponen diatas sudah biasa sering dijumpai pada analisis kestabilan lereng secara umum. Namun, yang perlu diperhatikan disini adalah terdapatnya nilai T (gaya ekuivalen nail). Nilai T merupakan penjumlahan dari kuat tarik baja nail dan gaya gesek antara permukaan nail dan tanah. Yang besarnya dipengaruhi oleh tegangan tarik baja, diameter baja nail, dan kekasaran

permukaan nail. Berdasarkan gambar 2.10., maka besarnya gaya penahan tanah akan semakin meningkat seiring dengan penambahan panjang nail. Gaya-gaya yang bekerja pada nail dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar. 2.10. Komponen Gaya yang Bekerja Pada Nail

2.3.4.1. Komponen Material Soil Nailing

Beberapa komponen material yang terdapat pada soil nailing adalah sebagai berikut:

1. Baja Nail

Baja nail merupakan komponen utama pada perkuatan soil nailing. Baja nail berfungsi sebagai penahan gaya tekanan tanah lateral dengan memanfaatkan kuat

tariknya. Besarnya nilai kuat tarik yang dianjurkan oleh FHWA adalah sebesar 420 MPa – 520 Mpa dengan diameter bervariasi yaitu 19 mm, 22 mm, 25 mm, 29 mm, 32 mm, 36 mm, dan 43 mm, tergantung kebutuhan. (Lazarte, 2003)

2. Centralizer

Centralizer berfungsi untuk menjaga agar baja nail tetap berada di tengah sebelum dilakukan peng-groutingan. Umumnya, centralizer terbuat dari pipa PVC yang dibentuk sedemikian rupa hingga bisa dipasang pada nails.

Gambar. 2.11. Centralizer

Gaya Normal

Gaya Normal

Nail Butiran Tanah

Gaya Tarik

3. Pelat Beton

Plat beton digunakan sebagai dinding penahan pada perkuatan soil nailing. Plat beton akan menyalurkan beban yang diterima dari tanah ke baja-baja nails. Beton yang digunakan adalah jenis beton normal.

Gambar. 2.12. Detail Soil Nailing

2.3.4.2. Konstruksi Soil Nailing

1. Pengeboran tanah sebagai tempat nails

Diameter lubang bor yang dianjurkan untuk perkuatan soil nailing adalah 10-20 cm (FHWA), arah pengeboran disesuaikan dengan sudut rencana

pemasangan nails.

2. Pemasangan nails dan proses grouting

Setelah lubang bor siap, langkah selanjutnya adalah pemasangan nails kedalam lubang bor. Untuk memastikan nails terpasang ditengah lubang sebelum dilakukan peng-grouting-an, pada nails diberikan centralizer. Setelah nails terpasang, kemudian dilakukan peng-grouting-an pada lubang bor untuk memberikan perkuatan dan ikatan pada nails.

3. Pengecoran pelat beton

Langkah terakhir adalah pengecoran plat beton pada permukaan lereng.

Dinding ini nantinya berfungsi sebagai dinding penahan tanah pada lereng

2.3.4.3. Kelebihan dan Kekurangan Soil Nailing

Dalam upaya stabilitas lereng dengan menggunakan perkuatan soil nailing terdapat banyak kelebihan apabila dibandingkan dengan perkuatan lereng dengan metode lain, tetapi adapula kelemahan dalam perkuatan soil nailing.

Kelebihan soil nailing dibandingkan dengan metode lain adalah:

1. Dapat menghemat biaya karena volume baja untuk nail bars dalam soil nailing lebih sedikit dibandingkan dengan ground anchors, karena umumnya batangan baja dalam soil nailing lebih pendek. Material yang dibutuhkan juga relatif lebih sedikit, waktu pengerjaan lebih cepat dan dapat memakai peralatan pengeboran kecil jika dibandingkan dengan ground anchors.

2. Luas area yang dibutuhkan dalam masa konstruksi lebih kecil dibandingkan dengan teknik lain, sehingga cocok untuk pekerjaan yang memiliki areal konstruksi terbatas.

3. Dinding dengan soil nailing relatif lebih fleksibel terhadap penurunan, karena dinding untuk soil nailing lebih tipis jika dibandingkan dengan dinding gravitasi.

4. Dapat dipakai untuk struktur permanen maupun struktur sementara.

5. Dapat menyesuaikan dengan kondisi lapangan terhadap kemiringan permukaan dan tulangan, bentuk struktur, density, dan dimensi perkuatan dapat disesuaikan dengan kondisi lapangan dan karakteristik tanah diketahui pada tiap level kedalaman selama proses penggalian.

6. Mempunyai tahanan terhadap gempa.

7. Metode kontruksinya tidak mengganggu lingkungan sekitarnya karena memakai peralatan yang relatif kecil, tingkat kebisingan rendah, bebas dari getaran.

Disamping kelebihan-kelebihannya, berikut kekurangan dari metode soil nailing:

1. Metode soil nailing tidak cocok untuk daerah dengan muka air tanah tinggi.

2. Soil nailing tidak cocok diaplikasikan untuk struktur yang membutuhkan kontrol ketat terhadap deformasi. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan post tension nail, namun langkah ini akan meningkatkan biaya konstruksi.

3. Pelaksanaan konstruksi soil nailing relatif lebih sulit, sehingga membutuhkan kontraktor yang ahli, dan berpengalaman.

2.3.4.4. Analisis stabilitas lereng dengan perkuatan soil nailing

Suatu perkuatan dinding penahan tanah harus dirancang agar aman/ stabil terhadap pengaruh-pengaruh gaya dalam dan gaya luar. Analisis terbagi menjadi dua yaitu stabilitas ekstern atau stabilitas luar (external stability) dan stabilitas intern atau stabilitas dalam (internal stability).

Gambar. 2.13. Analisis external stability dan internal stability

1) Analisis stabilitas eksternal

a) Faktor aman terhadap keruntuhan lereng global (global stability failure) Perkuatan lereng harus aman terhadap keruntuhan, pada perhitungan manual, mengadopsi metode baji (wedge) dengan bidang longsor planar.yaitu :

Gambar. 2.14. Gaya yang Bekerja Dalam Metode Baji (Wedge Method)

∑ i - Pn Sin∝ + Pt Cos∝ = 0 ...(2.16)

− − − ∑ = 0...(2.17) Variabel “P” dalam persamaan 2.16 dan 2.17 merupakan gaya dari tanah pada permukaan bidang longsor, dan dengan mempertimbangkan keseimbangan gaya, maka:

= ...(2.18) Pada tanah yang memiliki nilai kohesi, maka perlu diperhitungkan kuat geser tanah pada sepanjang permukaan bidang longsor, berikut persamaan untuk menghitung kuat geser:

= ^. ...………..(2.19) Dari persamaan 2.16, 2.17, 2.18, dan 2.19, nilai faktor keamanan dapat dihitung dengan persamaan berikut:

= ^{. ( ) . ∑ ( ) ∑ ( )}

( ) ∑ ( ) ∑ ( ) …………..(2.20)

Keterangan :

FS = faktor aman

c = kohesi tanah (kN/m²)

 = sudut gesek dalam tanah (⁰)

 = sudut kemiringan bidang longsor terhadap garis horisontal W = berat irisan tanah ke-n (kN/m)

Q = beban mati diatas lereng (kN/m)

Lf = panjang lengkung lingkaran pada irisan ke-n (m) Le = panjang nail bar di belakang bidang longsor (m) β = kemiringan lereng(⁰)

i = kemiringan nail (⁰)

ΣTi = jumlah daya dukung terhadap gaya tarik (kN/m) ΣVi = jumlah daya dukung gaya geser (kN/m)

 Gaya Geser dan Gaya Tarik Ijin Global

Untuk menghitung stabilitas lereng dengan perkuatan secara global perlu diperhatikan Gaya geser, dan gaya tarik ijin dari sebuah nail bar dapat dihitung dengan persamaan 2.21, dan 2.22.

= ( ) ...……….. (2.21)

= 4 (90 − ) ...……… ..(2.22) Keterangan:

V = gaya geser ijin nail bar T = gaya tarik ijin nail bar Rn = daya dukung tarik nail bar

Untuk menghitung gaya geser ijin dari tanah dapat dihitung dengan persamaan berikut:

= ...………. (2.23)

Keterangan:

V = gaya geser ijin pasif tanah D = diameter nail bar+grouting

= = panjang penyaluran

EI = kekakuan nail bar, dengan diameter nail bar tanpa grouting Ks = modulus reaksi lateral tanah, ditentukan dari Tabel 2.3.

Pmax =Pu/ 2= tegangan pasif yang dibatasi menjadi setengah dari tegangan pasif ultimit,

Pu dihitung dengan mengambil nilai terkecil dari persamaan berikut:

= ( + ) ′ ...(2.24)

= ′ ...(2.25) z = 2/3H...(2.26) Nilai koefisien C1, C2, dan C3, ditentukan dari Gambar. 2.15.)

1.

Gambar. 2.15. Koefisien C1, C2, dan C3

Tabel. 2.3. Harga Perkiraan Modulus Reaksi Lateral Tanah (ks)

Jenis Tanah ks,kcf ks,kN/m3

Pasir lepas

Pasir padat sedang Pasir padat

Pasir padat berlempung Pasir padat sedang berlanau Tanah berlempung

qu ≤ 200 k Pa (4 ksf) 200 < qu ≤ 400 kPa qu > 800 k Pa

300 – 100 60 – 500 400 – 800 200 – 500 150 – 300

75 – 150 150 – 300

> 300

4800 – 16000 9600 – 80000 64000 – 128000 32000 – 80000 24000 – 48000

12000 – 24000 24000 – 48000

> 48000 (Sumber : Bowles, Foundation Analysis and Design)

Setelah mendapatkan gaya geser ijin terkecil antara nail bar dan tanah, maka gaya tarik ijin pada nail bar perlu dibatasi, yang ditentukan dari persamaan berikut:

+ =1 ………...(2.27) Keterangan:

Vmax = gaya geser ijin global, Tmax = gaya tarik ijin global,

Rc = Rn/2 = daya dukung geser nail bar

 Gaya Tarik Ijin Dari Perkuatan Soil Nailing

Apabila lebih besar dari gaya ijin global lebih besar daripada gaya tarik ijin dari masing-masing nail maka gaya ijin yang digunakan adalah gaya ijin global, baik untuk gaya ijin tarik.

= ………...(2.28) fmax adalah daya dukung geser pada ikatan antara tanah dengan permukaan sepanjang nail bar, sebaiknya dilakukan pengujian di lapangan untuk medapatkan nilai ini. Berikut nilai fmax pada beberapa jenis tanah pasir pada tabel 2.4.

Tabel. 2.4. Daya Dukung Geser Soil Nailing

Material Construction

Method Soil/Rock Type

Ultimate Bond Strength,

qu(kPa)

Rock Rotary Drilled

Marl/limestone 300 - 400

Phyllite 100 - 300

Chalk 500 - 600

Soft dolomite 400 - 600 Fissured dolomite 600 - 1000 Weathered sandstone 200 - 300

Weathered shale 100 - 150 Weathered schist

100 - 175

Basalt 500 - 600

Slate/Hard shale 300 - 400

Lanjutan Tabel. 2.4.

Material Construction

Method Soil/Rock Type

Ultimate Bond Strength,

qu(kPa)

Cohesionless Soils

Rotary Drilled

Sand/gravel 100 - 180

Silty sand 100 - 150

Silt 60 - 75

Piedmont residual 40 - 120 Fine colluvium 75 - 150

Driven Casing

Sand/gravel

*low overburden 190 - 240 *high overburden 280 - 430 Dense Moraine 380 - 480

Colluvium 100 - 180

Augered

Silty sand fill 20 - 40 Silty fine sand 55 - 90 Silty clayey sand 60 - 140

Jet Grouted Sand 380

Sand/gravel 700

Fine-Grained Soils

Rotary Drilled Silty clay 35 - 50

Driven Casing Clayey silt 90 - 140

Augered

Loess 25 - 75

Soft clay 20 - 30

Stiff clay 40 - 60

Stiff clayey silt 40 - 100 Calcareous sandy clay 90 - 140 b) Faktor aman terhadap penggeseran (sliding stability failure)

Gambar. 2.16. Stabilitas terhadap penggulingan pada perkuatan soil nailing

Faktor aman terhadap penggulingan :

= ^{( )} ... (2.29) Tekanan aktif lateral dihitung menggunakan rumus berikut :

= ^. . ... (2.30) Ka = tg² (45⁰ – /2) ... (2.31) Keterangan :

FS = faktor aman

Cb = kohesi tanah (kN/m²) Bl = lebar struktur (m)

W = berat irisan tanah (kN/m)

Q = beban mati diatas lereng (kN/m)

 = sudut gesek dalam tanah (⁰) H = tinggi dinding tanah (m)

 = Berat isi tanah (kN/m³)

δ = sudut gesek antara tanah fondasi dan dasar struktur (fondasi dianggap sangat kasar terbuat dari beton tgδ=tgφ)

c) Faktor Aman terhadap kegagalan daya dukung tanah (bearing failure) = ^{. .}

.

... (2.32) Keterangan :

c = kohesi tanah pondasi (kN/m²) γ = berat volume tanah pondasi (kN/m³)

q = tekanan overburden pada dasar pondasi (kN/m²)

Nc, Nγ = koefisien-koefisien kuat dukung yang merupakan fungsi dari sudut geser dalam tanah, yang dapat dalam

Tabel 2.5.

Heq = tinggi dinding tanah (m) Be = lebar excavation (m)

Tabel. 2.5. Faktor Kapasitas Dukung Terzaghi

ф Nc Nq Nγ ф Nc Nq Nγ

0 5.7 1 0 26 27.09 14.21 9.84

1 6 1.1 0.01 27 29.24 15.9 11.6

2 6.3 1.22 0.04 28 31.61 17.81 13.7

3 6.62 1.35 0.06 29 34.24 19.98 16.18

4 6.97 1.49 0.1 30 37.16 22.46 19.13

5 7.34 1.64 0.14 31 40.41 25.28 22.65

6 7.73 1.81 0.2 32 44.04 28.52 26.87

7 8.15 2 0.27 33 48.09 32.23 31.94

8 8.6 2.21 0.35 34 52.64 36.5 38.04

9 9.09 2.44 0.44 35 57.75 41.44 45.41

10 9.61 2.69 0.56 36 63.53 47.16 54.36

11 10.16 2.98 0.69 37 70.01 53.8 65.27

12 10.76 3.29 0.85 38 77.5 61.55 78.61

13 11.41 3.63 1.04 39 85.97 70.61 95.03

14 12.11 4.02 1.26 40 95.66 81.27 115.31

15 12.86 4.45 1.52 41 106.81 93.85 140.51

16 13.68 4.92 1.82 42 119.67 108.75 171.99

17 14.6 5.45 2.18 43 134.58 126.5 211.56

18 15.12 6.04 2.59 44 151.95 147.74 261.6

19 16.56 6.7 3.07 45 172.28 173.28 325.34

20 17.69 7.44 3.64 46 196.22 204.19 407.11

21 18.92 8.26 4.31 47 224.55 241.8 512.84

22 20.27 9.19 5.09 48 258.28 287.85 650.67

23 21.75 10.23 6 49 298.71 344.63 831.99

24 23.36 11.4 7.08 50 347.5 415.14 1072.8

25 25.13 12.72 8.34

2) Analisis stabilitas internal

a) Faktor aman (SF) terhadap putus tulangan :

Gambar. 2.17. Keruntuhan putus tulangan Faktor aman (SF) terhadap putus tulangan :

=⁽

. )

. . ... (2.33)

= . ... (2.34) Keterangan :

S_v = jarak tulangan arah vertikal (m) S_h = jarak tulangan arah horisontal(m) f_y = daya dukung tarik baja (MPa) d = diameter tulangan (mm)

σ_h = tekanan horizontal tanah pada kedalaman yang ditinjau (kN/m²)

 = Berat isi tanah (kN/m³) z = kedalaman yang ditinjau (m)

= koefisien tekanan aktif lateral pada rumus 2.31.

b) Faktor aman (SF) terhadap cabut tulangan :

Gambar. 2.18. Keruntuhan cabut tulangan Faktor aman (SF) terhadap cabut tulangan :

= ^{. .}

ℎ. . _ℎ ... (2.35) Keterangan :

S_v = jarak tulangan arah vertikal (m) q_u = ultimate bond strength (kN/m²)

σh = tekanan horizontal tanah pada kedalaman yang ditinjau (kN/m²) Lp = panjang tulangan yang berada di zona pasif (m)

φ = sudut gesek internal tanah ( 0 ) DDH = diameter lunang bor (m)

2.3.5. Dinding Penahan Tanah

Dinding penahan adalah dinding yang berfungsi sebagai tahanan lateral suatu lereng. Type yang paling umum dari dinding penahan adalah gravity retaining wall, semigravity retaining wall, cantilever retaining wall, dan counterfort retaining wall.

Stabilitas dinding penahan dihitung dengan menggunakan konsep angka keamanan (SF), yaitu perbandingan antara kekuatan yang menahan terhadap kekuatan yang meruntuhkan. Perhitungan stabilitas yang harus dihitung meliputi:

1. kontrol eksentrisitas 2. stabilitas daya dukung

3. stabilitas terhadap geseran 4. stabilitas terhadap penggulingan

Apabila daya dukung tanah dasar dinding penahan cukup baik dan rencana konstruksi dinding penahan tidak terlalu tinggi, dapat dipakai dinding penahan tipe gravitasi yang dibuat dari pasangan batu kali. Konstruksi ini cukup ekonomis apabila persediaan batu kali cukup melimpah, juga konstruksi ini relatif tidak memerlukan banyak semen dan tulangan perkuatan.

Gambar. 2.19. Dinding penahan tipe gravitasi

2.3.5.1. Eksentrisitas (e)

Eksentrisitas gaya yang bekerja pada suatu dinding penahan dinyatakan dengan persamaan:

e = B/2 – ( MRO -  MO)/ W ... (2.36) dimana:

B = lebar dasar dinding penahan

 MRO = jumlah momen yang menahan penggulingan  MO = jumlah momen yang menggulingkan

W = jumlah gaya vertikan yang bekerja pada alas Syarat aman: e < B/6

2.3.5.2. Stabilitas Daya Dukung

Tanah di bawah dinding penahan harus mampu menahan beban yang bekerja sehingga tidak terjadi keruntuhan daya dukung (bearing capacity failure). Persamaan umum kapasitas dukung Terzaghi persamaan 2.37. untuk pondasi memanjang dengan keruntuhan geser umum:

= . + + . ... (2.37) Dimana :

qu = kapasitas dukung ultimit untuk pondasi memanjang (kN/m2) c = kohesi (kN/m2)

Df = kedalaman pondasi (m) γ = berat volume tanah (kN/m3) po = Df.γ

Nc, Nq, Nγ = faktor kapasitas dukung Terzaghi (Tabel 2.5.)

Dimana tegangan kontak maksimum dasar pondasi yang terjadi harus lebih kecil dari qa (max < qa)

2.3.5.3. Stabilitas Terhadap Geseran (Sliding)

Angka keamanan terhadap sliding dapat didekati dengan persamaan:

(W tan (2/3) x  + B(2/3) x c)/Pa... (2.38) Dimana:

 = sudut geser tanah dasar c = kohesi dasar tanah

Pa = Tekanan arah lateral (aktif)

Angka keamanan untuk sliding biasanya dipakai minimal 1.5 2.3.5.4. Stabilitas Terhadap Penggulingan (Overturning)

Stabilitas terhadap penggulingan dinyatakan dengan angka keamanan (FS) sbb:

FS =  MRO /  MO... (2.39) FS yang biasa digunakan terhadap penggulingan adalah 1.5–2.