OPTIMASI PERKUATAN LERENG DENGAN MENGGUNAKAN SOIL NAIL
BERDASARKAN INSTRUMENTASI GEOTEKNIK
(015G)
Rivai Sargawi1, Endra Susila2, Aditya Hadyan Putra3
1Alumni Magister Teknik Sipil Institut Teknolgi Bandung
Senior Geotetechnical Engineer, Geoservices Divisions, PT. Freeport Indonesia Main Office Building 2ndFloor, Tembagapura, Papua.
Email: Rivai_S@fmi.com;Rivai_bm@yahoo.com
2Assistant professor, Geotechnical Engineering Research Group and Head of Soil Mechanics Laboratory Faculty of
Civil and Environmental Engineering, Bandung Institute of Technology, Email: esusila@si.itb.ac.id. esusial@gmail.com.
3Senior Geotetechnical Engineer, Geoservices Divisions, PT. Freeport Indonesia
Main Office Building 2ndFloor, Tembagapura, Papua. Email: Aditya_Putra@fmi.com
ABSTRAK
Penentuan perkuatan lereng dari lereng yang mengalami pergerakan dapat menjadi optimal ketika ada pemasangan instrumentasi geoteknik seperti inclinometer, piezometer, crackmeter maupun dengan survey monitoring. Sebuah study kasus dimana sebuah lereng mengalami pergerakan pada struktur gedung maupun pada tanah yang telah dilakukan pemasangan instrumentasi geoteknik dan hasilnya menunjukkan laju pergerakan dari lereng adalah 7mm/bulan. Keterbatasan lokasi lereng yang dibatasai oleh jalan akses tambang pada bagian kaki lereng dan struktur geduang pada atas lereng dengan jarak 5m dari ujung lereng membuat alternative perkuatan menjadi terbatas. Perkuatan lereng dengan menggunakan soil nail merupakan salah satu alternative perkuatan lereng dimana ruang kaki lereng sempit. Pada paper ini akan dibahas mengenai aplikasi perkutaan lereng dengan menggunakan soil nail dengan diameter 22mm dan panjang 12m. Analisis dengan metode elemen hingga dilakukan untuk mengetahui angka kemanan yang terjadi setelah dilakukan pemasangan soil nail. Bidang gelincir lereng didapat dari hasil pemasangan inclinometer dimana bidang gelincir terjadi pada kedalaman 9-10m dari permukaan tanah dasar. Modulus youngs tanah didapat dari hasil back kalkulasi deformasi yang terjadi riil dilapangan melalui hasil instrumentasi geoteknik (survey monitoring berupa prisma dan crackmeter pada struktur bangunan yang ada). Berdasarkan hasil pemodelan dengan metode elemen hingga bahwa pemasangan soil nail dengan panjang 15m dan spasi antar nail 2.5m mampu meningkatkan angka keamanan dari 1.1 menjadi 1.5. Kata kunci: stabilitas lereng, perkuatan, soil nail, angka keamanan.
1. PENDAHULUAN
Penyebab terjadinya kegagalan lereng biasanya diakibatkan oleh beberapa factor antara lain; 1. Curah hujan yang tinggi yang mengakibatkan lereng pada kondisi jenuh sehingga mengakibatkan gaya dorong pada lereng naik sementara gaya yang menahan tetap, 2. Perubahan kuat geser tanah dikarenakan terjadinya excess pore water pressure, 3. Perubahan geometri lereng yang diakrenakan proses pelapukan atau proses yang dilakuakn oleh manusia. Konsep stabilitas lereng adalah gaya yang menahan dibagi dengan gaya yang mendorong. Jika gaya yang mendorong lebih besar dari gaya yang menahan maka akan terjadi keruntuhan lereng yang ditandai dengan timbulnya crack pada atas lereng (crest) ketika terjadi kenaikan gaya yang mendorng maka perlu dilakukan langkah-langkah perbaikan dengan cara menurunkan gaya yang mendorong. Pada studi kasus ini kenaikan gaya dorong melalui kenaikan permuakan air dapat dilakukan dengan dewatering/penirisan ataupun dengan menaikkan gaya yang menahan dengan menambah buttress atau dengan pemasangan struktur berupa retaining wall atau dengan soil nail. Pada paper ini akan dibahas sebuah lereng yang bergerak dikarenakan terjadinya kenaikan saturasi tanah oleh air hujan. Pemasangan instrumentasi geoteknik berupa inclinometer, prisma monitoring maupun dengan crackmeter untuk mengetahui bidang gelincir dan laju pergerakan lereng. Soil nail dengan diameter 22mm, panjang 15m dan spasi 2.5m digunakan sebagai rencana perkuatan lereng untuk menaikkan angka kemanan lereng akibat terjadinya kenaikan saturasi tanah dari air hujan.
Grout merupakan bahan yang akan digunakan untuk mengikat tulangan/bar dengan tanah asli. Grout ini biasanya terdiri dari campuran Portland cement dan air dengan kandungan campuran air dan sement (water cement ratio)
berkisar 0.4 sampai 0.5. Kuat tarik dari grout biasanya didesain dengan kuat tarik minimal fc’ 25 MPa dengan uji
kubus beton pada waktu 28 hari.
Pompa
Pompa untuk memasukkan grout kedalam lubang memiliki pengaruh kuat tarik/friksi. Perbedaan nilai unit friksi antara grout dan tanah dengan cara gravitasi maupun dengan cara di pompa dijelaskan pada gambar-1.
Gambar 1 Pengaruh Tekanan Pompa Pada Saat Grouting (Ortigao and Sayao, 2004)
3. PERTIMBANGAN DALAM MENDESAIN SOIL NAILING
Untuk mendesain stabilitas soil nailing ini perlu dilakukan analisis: a. Internal stability analysis
Soil nailing reinforcement harus mampu memikul beban yang bekerja. Sehingga dalam desain perlu dilakukan analisis apakah sebuah reinforcement ini dapat menahan gaya tarik dan gaya geser yang akan bekerja. Jika soil nailing reinforcement ini tidak mampu menahan gaya yang bekerja akan menyebabkan kegagalan local dan men-trigger progressive failure. Untuk menambah kuat tarik soil reinforcement ini dapat dengan memperpanjang atau memperbesar diameter.
b. External stability analysis
Stabilitas secara external ini dilakukan untuk memastikan bahwa panjang soil nailing yang dibutuhkan mampu menahan stabilitas global.
<,@4>C$86C $80%3,=0 (A9%3,=0 ;= 5%,
Gambar 2 Bidang Leleh Mohr-Coulomb Dalam Ruang Tegangan Utama (c = 0) dan Model Tegangan dan regangan untuk model elastic-plastic(Manual Plaxis, 1998)
Model Soil Nailing
Input nilai E dan A pada model PLAXIS yang telah dijelaskan diatas baik nilai EA_ekivalen maupun nilai EI ekivalen dapat dilihat pada persamaan-persamaan berikut:
(1)
(2)
(3)
Dimana:
Eg = Modulus elastisitas shotcrete En = Modulus elastisitas nailing An = luas penampang soil nailing
A = Luas penampang soil nailing yang telah tergrouting Ag = Luas penampang grouting (Ag = A-An)
Sh = spasi soil nailing arah plane strain
5. STUDI KASUS
Kondisi Geoteknik
Untuk mengetahui kondisi perlapisan tanah pada lokasi studi maka dilakukan pengeboran sedalam 75m dan juga dikombinasikan dengan pengujian N-SPT. Data hasil pengeboran ini kemudian dilakukan intrepetasi berdasarkan deskripsi visual dan pengujian laboratorium. Lapisan tanah pada lokasi studi terdiri dari jenis tanah silty SAND lepas (material colluvium) pada kedalaman 0-10meter. Lapisan broken siltstone dengan variasi nilai N-SPT 6-10 blows/ft ditemukan pada kedalaman 4-9meter dibawah permukaan tanah dan lapisan siltstone (RQD low to medium) terdapat pada kedalaman 10meter. Pada Gambar 3 berikut ditampilkan data borlog dan sampel tanah dari hasil pemboran dalam dilokasi studi.
Gambar 3 Boring Log dan Corebox hasil pengeboran.
Kondisi Struktur dan Lereng
FM storage merupakan bangunan yang awalnya didirikan untuk penyimpanan core boxhasil drilling di area PT. Freeport. Pembatasan beban yang boleh berada dalam gedung mulai dibatasi sejak bulan Agustus, 2012. Hal ini dikarenakan terjadinya pergerakan yang cukup signifikan pada lereng dan pergerakan ini diindikasikan timbulnya retakan (crack) maupun pergerakan lereng disekitar bangunan.
Observasi lapangan menunjukkan bahwa struktur balok bangunan tampak menggantung diatas tanah timbunan yang turun secara signifikan. Hasil pengukuran dari pemasangan instrumentasi manual crackmeter dan monitoring prisma telah memverifikasi adanya penurunan dan pergerakan tanah terus meningkat disekitar lereng tersebut. Ada beberapa indikasi pergerakan tanah yang dapat diamati dikitar area bangunan FM Storage (sebagaimana yang dapat dilihat pada Gambar 4), sebagai berikut:
Tension crack yang terlihat pada slab pondasi bangunan
Deformasi lateral pada pondasi bangunan (tampak melengkung dari luar)
Tension crack yang terlihat di sekitar tepi lereng 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 9.00 10.2 12.0 19.5 -9.00 -12.0 -18.0 2 5 22 27 >60 -15.0 >60 >60
Gambar 4 a) Retakan didalam bangunan, b) Retakan diluar bangunan, c) Deformasi lateral terjadi pada slab pondasi, d) Retakan tarik yang teramati dimulut lereng
Instrumentasi Geoteknik
Inclinometer
Untuk mengetahui lokasi bidang gelincir dan laju pergerakan lareng maka dilakukan pemasangan inclinometer. Kedalaman inklinometer yang dipasang memiliki panjang total 75meter. Pada Gambar 5a menampilkan hasil pengukuran dari inklinometer per dua minggu. Hasil pengukuran dilapangan menunjukkan bahwa bidang gelincir yang terbentuk pada kedalaman sekitar 9~10meter dibawah permukaan tanah. Sampel tanah core box dari hasil pemboran menunjukkan bahwa pada sekitar kedalaman 8~10meter terdapat bidang kontak antara lapisan pelapukan siltstone yang terdiri dari gravell dan lanau dengan lapisan batuan siltstone dibagian bawahnya. Hasil pengukuran inclinometer menunjukkan bahwa kecepatan deformasi kurang lebih 5 sampai 10mm per bulan.
Rekaman hasil inklinometer juga menunjukkan bahwa pada saat-saat dimana terjadi kenaikan intensitas curah hujan di area studi memiliki hubungan yang kuat dengan pergerakan tanah yang dibuktikan dari catatatan dari inklinomter. Perekaman hasil inklinometer menunjukkan bahwa pergerakan tanah naik signifikan setelah terjadinya
hujan. Adanya infiltrasi air hujan kedalam lapisan gelincir diyakini sebagai “pelumas” diantara bidang kontak antara
Gambar 5 Instrumentasi Geoteknik untuk mengetahui pergerakan lereng a) Alat inclinometer (b) prisma monitoring
Prisma Monitoring
Prisma monitoring merupakan salah metode untuk mengetahu pergerakan permukaan lereng maupun permukaan struktur dengan metode survey. Pergerakan dari sebuah titik yang diukur melalui prsima ini didefinisikan sebagai perbedaan lokasi koordinat awal prisma (xo,yo,zo) terhadap hasil pengukuran prisma setiap kali
dilakukan pengukuran (xn,yn,zn).
Pengukuran koordinat Prism di area studi ini diukur dengan menggunakan alat survey (total station atau teodolit). Hasil pengukuran prisma memiliki pola yang fluktuatif karena beberapa faktor antar lain jarak yang terlalu jauh antara base point dan lokasi prisma, atmospheric dan kondisi cuaca. Dalam kasus ini, pembacaan sangat dipengaruhi oleh keakuratan alat dan hasil pengukuran. Data hasil pemantauan Prisma hanya dapat digunakan sebagai indikasi adanya trend pergerakan dalam permukaan lereng atau struktur. Gambar-5 menunjukkan prisma sebagai titik yang dibaca dari base station yang menyajikan trend pergerakan lereng yang terpasang pada beberapa lokasi. Hasil pengukuran prisma menunjukkan adanya pergerakan tanah yang cukup signifikan dalam periode 6 bulan. Kecepatan pergerakan yang terjadi pada bagian atas lereng berkisar ±30mm/bulan dan ±20mm/bulan di tengah bangunan.
Crack-meter
Alat manual crack meter yang dipasang bertujuan untuk mengukur pergerakan sebuah crack atau retakan. Pada study kasus ini manual crack meter dipasang untuk mengetahui pergerakan antara slab beton bangunan dan retakan pada pondasi bangunanseperti tampak pada gambar 6 berikut. Pengukuran hasil pembacaan manual crack meter dilakukan setiap 2 hari. Dalam 2 minggu pertama setelah dilakukan pemasangan crack meter, tidak ada tanda-tanda gerakan tambahan pada slab beton bangunan. Setelah itu, dalam periode 07-21 Maret, 2012, terjadi beberapa kali hujan deras dengan intensitas rata-rata 10 - 15mm/jam. Intensitas curah hujan yang tinggi diyakini memicu deformasi pada bangunan sebagai beban tambahan pada lereng mengakibatkan pergerakan manual crack meter naik secara signifikan yaitu sebesar 5mm/2 minggu.
Gambar 7 a) Hasil Pembacaan Inklinometer (b) Hasil Pembacaan Prisma Monitoring (c) Hasil Bacaan Manual
Usulan Perkuatan Lereng
Parameter-parameter tanah ini awalnya ditentukan berdasarkan hasil penyeli
dilakukan analysis balik untuk mengetahui parameter yang sesuai dengan kondisi actual dilapangan. Parameter kuat tanah diprediksi berdasarkan data N
direduksi untuk menghasilkan faktor angka keamanan mendekati 1.1. Angka faktor keamanan kurang dari 1.1 dipilih dengan pertimbangan bahwa kondisi lereng area studi masih belum terjadi pergerakan tanah / runtuh.
Metode elemen hingga (PLAXIS v 8.5) digunakan untuk mem
dasar untuk menentukan alternatif perkuatan lereng. Berdasarkan investigasi dilapangan, hanya parameter tanah clayey SILT (N-SPT 5~8blow/ft) yang akan diiterasi untuk sehingga menghasilkan angka keamanan mendekat Pada Tabel-1 berikut ditunjukkan parameter
mendekati 1.1.
Perkuatan lereng dengan menggunakan soil nailing dimana rebar yang digunakan berdiameter 22mm, panjang 15m serta spasi 2.5m telah
menggunakan software plaxis 2D menyimpulkan perkuatan ini menghasilkan angka faktor keamanan sekitar 1.52. Hasil ini mengindikasikan bahwa perkuatan lereng dengan menggunakan perkuatan
studi kasus ini. Gambar-8 menunjukkan pola keruntuhan yang terjadi dengan menggunakan metode elemen hingga.
a) Hasil Pembacaan Inklinometer (b) Hasil Pembacaan Prisma Monitoring (c) Hasil Bacaan Manual Crack Meter
parameter tanah ini awalnya ditentukan berdasarkan hasil penyelidikan tanah yang kemudian dilakukan analysis balik untuk mengetahui parameter yang sesuai dengan kondisi actual dilapangan. Parameter kuat tanah diprediksi berdasarkan data N-SPT lalu dengan metode perhitungan balik parameter kuat tanah yang ada untuk menghasilkan faktor angka keamanan mendekati 1.1. Angka faktor keamanan kurang dari 1.1 dipilih dengan pertimbangan bahwa kondisi lereng area studi masih belum terjadi pergerakan tanah / runtuh.
Metode elemen hingga (PLAXIS v 8.5) digunakan untuk memprediksi parameter tanah actual dan sebagai dasar untuk menentukan alternatif perkuatan lereng. Berdasarkan investigasi dilapangan, hanya parameter tanah
SPT 5~8blow/ft) yang akan diiterasi untuk sehingga menghasilkan angka keamanan mendekat 1 berikut ditunjukkan parameter-parameter tanah yang diperoleh pada faktor keamanan lereng Perkuatan lereng dengan menggunakan soil nailing dimana rebar yang digunakan berdiameter 22mm, panjang 15m serta spasi 2.5m telah diusulkan untuk perbaikan lereng. Hasil analisis element hingga dengan menggunakan software plaxis 2D menyimpulkan perkuatan ini menghasilkan angka faktor keamanan sekitar 1.52. Hasil ini mengindikasikan bahwa perkuatan lereng dengan menggunakan perkuatan soil nailing cukup efektif pada 8 menunjukkan pola keruntuhan yang terjadi dengan menggunakan metode elemen hingga.
a) Hasil Pembacaan Inklinometer (b) Hasil Pembacaan Prisma Monitoring (c) Hasil Bacaan Manual
dikan tanah yang kemudian dilakukan analysis balik untuk mengetahui parameter yang sesuai dengan kondisi actual dilapangan. Parameter kuat SPT lalu dengan metode perhitungan balik parameter kuat tanah yang ada untuk menghasilkan faktor angka keamanan mendekati 1.1. Angka faktor keamanan kurang dari 1.1 dipilih dengan pertimbangan bahwa kondisi lereng area studi masih belum terjadi pergerakan tanah / runtuh.
prediksi parameter tanah actual dan sebagai dasar untuk menentukan alternatif perkuatan lereng. Berdasarkan investigasi dilapangan, hanya parameter tanah SPT 5~8blow/ft) yang akan diiterasi untuk sehingga menghasilkan angka keamanan mendekati 1.1. parameter tanah yang diperoleh pada faktor keamanan lereng Perkuatan lereng dengan menggunakan soil nailing dimana rebar yang digunakan berdiameter 22mm, diusulkan untuk perbaikan lereng. Hasil analisis element hingga dengan menggunakan software plaxis 2D menyimpulkan perkuatan ini menghasilkan angka faktor keamanan sekitar 1.52. soil nailing cukup efektif pada 8 menunjukkan pola keruntuhan yang terjadi dengan menggunakan metode elemen hingga.
Gambar 8 Hasil Analisis Elemen Hingga Pada Kondisi Perbaikan Lereng Dengan Soil Nail
6. KESIMPULAN
Kasus pergerakan lereng pada studi ini memiliki rate pergerakan yang kecil sehingga secara visual hanya dijumpai kerusakan struktur tetapi tidaj dijumpai adanya crack pada lereng baik pada sisi atas maupun sisi bawah. Pemasangan isntrumentasi geoteknik menjadi sangat penting dalam menentukan posisi bidang gelincir dan juga pengaruh curah hujan terhadap pergerakan lereng. Pemasangan inclinometer dan prisma monitoring menunjukkan lereng bergerak di sebabkan oleh saturasi tanah yang menambah beban dorong pada lereng. Untuk menentukan perkuatan yang optimal maka digunakan software elemen hingga (PLAXIS) untuk mengetahui panjang soil nail yang dibutuhkan dan spasi antar soil nail. Pada studi ini menggunakan analisis balik untuk mengetahui parameter kondisi actual lapangan karena jika menggunakan parameter hasil pengeboran lereng dalam kondisi stabil. Berdasarkan hasil pemodelan dengan metode elemen hingga bahwa pemasangan soil nail dengan panjang 15m dan spasi antar nail 2.5m mampu meningkatkan angka keamanan dari 1.1 menjadi 1.5.
REFERENSI
BONITA, G., TARQUINIO, F. and WAGNER, L., 2006. “Soil Nail Support of Excavation System for the Embassy of the People’s Republic of China in the United States”, Proceedings of the Deep Foundations
Institute (DFI) 31stAnnual Conference on Deep Foundations, October
Kutschke, W., Tarquinio, F. and Petersen, W., 2007. “Practical Soil Nail Wall Design and Constructability Issues”,
Proceedings of the Deep Foundations Institute (DFI) 32stAnnual Conference on Deep Foundations, October Plaxis Bulletin No. 25. Spring 2009
