BAB III METODE PENELITIAN

(1)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian ini berada di provinsi sumatera selatan.

Gambar 3.1 Gambar Lokasi

3.2 Pemodelan Lereng

Pemodelan lereng menggunakan program Rockscience Slide dengan data-data yang diperlukan sebagai berikut :

3.2.1 Data Parameter Tanah dan Geometri Lereng

a) Data tanah

Pada penelitian ini digunakan pemodelan lereng di Provinsi Sumatera Selatan dengan 6 lapisan tanah. Data tanah didapat dari hasil uji laboraturium tanah di lokasi tersebut.

Tabel 3.1 Data Tanah

Material c (kpa) f (°) E (kpa)

Fill Material 16 14 7,2 27,05 6480

Soft Clays 14 12,5 19,2 27,53 17280

Silts 15 13 26,8 25 20100

Hard Clays 17 15 20 20 64800

Dense Sands 19 17 0 33 17500

DATA

Lokasi

(2)

19 b) Geometri Lereng

Pada penelitian ini digunakan pemodelan lereng dengan tinggi kemiringan lereng 15,913 m, panjang bidang miring 24,993 m dan sudut sebesar 40°

Gambar 3.1 Gambar Geometri Lereng

3.2.2 Stabilitas Lereng

Pada penelitian ini digunakan pemodelan lereng dengan tipe rotasional (longsoran busur). Menggunakan metode Bishop dan Fellenius

a) Perhitungan Manual Dengan Metode Bishop

Gambar 3.2 Gambar Geometri Lereng Metode Bishop

(3)

20

b) Perhitungan Manual Dengan Metode Fellenius

Gambar 3.3 Gambar Geometri Lereng Metode Fellenius

c) Perhitungan dengan metode elemen hingga

Gambar 3.4 Gambar Geometri Lereng Metode Elemen Hingga

(4)

21 3.2.3 Variasi Model Soil Nail

Dalam penelitian ini terbagi dalam 4 model yaitu :

a) Model 1

Gambar 3.5 Model 1

Pada model tanah ini, perkuatan Soil Nail dengan kemiringan nail i=0^° dengan variasi panjang l = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 m.

b) Model 2

(5)

22 c) Model 3

d) Model 4

(6)

23

3.2.4 Variasi kemiringan nail dan panjang nail

Dalam penelitian ini terbagi dalam 3 model yaitu : a) Variasi pada metode elemen hingga (Plaxis)

Tabel 3.2 Variasi Pada Metode Elemen Hingga

Pada variasi tanah ini, terdapat variasi dari perkuatan Soil Nail dengan kemiringan nail i=0^°, 10^°, 15^°, 20^° dengan variasi panjang l = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 m. Untuk mencari hubungan dari panjang nail dengan faktor keamanan.

b) Variasi Pada Metode Keseimbangan Batas Bishop (Rocscience slide) Tabel 3.3 Variasi Pada Metode Keseimbangan Batas Bishop

NON - 0

1 3 0 1 3 0 1 3 0 1 3 0

2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0

3 5 0 3 5 0 3 5 0 3 5 0

4 6 0 4 6 0 4 6 0 4 6 0

5 7 0 5 7 0 5 7 0 5 7 0

6 8 0 6 8 0 6 8 0 6 8 0

7 9 0 7 9 0 7 9 0 7 9 0

8 10 0 8 10 0 8 10 0 8 10 0

l SF

0 10 15 20

PLAXIS Bidang Gelincir variasi ke i l SF

variasi ke i l SF variasi ke i l SF variasi ke i

NON - 0

1 3 0 1 3 0 1 3 0 1 3 0

2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0

3 5 0 3 5 0 3 5 0 3 5 0

4 6 0 4 6 0 4 6 0 4 6 0

5 7 0 5 7 0 5 7 0 5 7 0

6 8 0 6 8 0 6 8 0 6 8 0

7 9 0 7 9 0 7 9 0 7 9 0

8 10 0 8 10 0 8 10 0 8 10 0

l SF

0 10 15 20

Bishop Bidang Gelincir variasi ke i l SF

(7)

24

c) Variasi pada metode keseimbangan batas Fellenius (Rocscience slide) Tabel 3.4 Variasi Pada Metode Keseimbangan Batas Fellenius

3.3 Analisis Perhitungan Soil Nail Dengan Program

Didalam program ini menggunakan tiga cara yaitu geogrid, plate dan note to note sebagai pendekatan sifat dari soil nail tersebut yang di modelkan sebagai berikut

3.3.1 Pendekatan Soil Nail Dengan Geogrid

Geogrid merupakan elemen structural tipis yang memiliki kekakuan normal tetapi tanpa kekauan lentur. Geogrid hanya dapat menahan daya Tarik saja tanpa adanya kompresi. Obyek-obyek ini umumnya digunakan untuk memodelkan elemen perkuatan tanah (soil reinforcement). Contoh dari struktur-struktur geoteknik pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Tampilan Geogrid Pada Lereng

NON - 0

1 3 0 1 3 0 1 3 0 1 3 0

2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 0

3 5 0 3 5 0 3 5 0 3 5 0

4 6 0 4 6 0 4 6 0 4 6 0

5 7 0 5 7 0 5 7 0 5 7 0

6 8 0 6 8 0 6 8 0 6 8 0

7 9 0 7 9 0 7 9 0 7 9 0

8 10 0 8 10 0 8 10 0 8 10 0

l SF

0 10 15 20

Fellenius Bidang Gelincir variasi ke i l SF

(8)

25 3.3.2 Pendekatan Soil Nail Dengan Plate

Elemen pelat merupakan obyek struktural yang digunakan untuk memodelkan struktur yang tipis dalam tanah dengan kekakuan lentur yang signifikan serta kekakuan normal. Elemen pelat dapat digunakan untuk memodelkan pengaruh dari dinding, cangkang atau dinding terowongan yang menerus dalam arah- arah.

Dalam model geometri, elemen pelat akan ditampilkan sebagai ‘garis biru’.

Seperti pada gambar 3.10.

Gambar 3.10. Tampilan Plate Pada Lereng

3.3.3 Pendekatan Soil Nail Dengan Elemen Hingga Node To Node

Merupakan elemen pegas dua titik nodal dengan kekauan pegas yang konstan (kekakuan normal). Elemen ini dapat menerima gaya tarik (untuk jangkar) maupun gaya tekan (untuk pengaku atau strut). Baik gaya Tarik maupun gaya tekan pada jangkar dapat dibatasi untuk memodelkan keruntuhan dari jangkar maupun pengaku. Seperti pada gambar 3.11.

Gambar 3.11. Tampilan Node To Node Pada Lereng

(9)

26 3.4 Pengolahan Data

Dalam penelitian ini terdapat 3 pengolahan data yaitu :

3.4.1 Pengolahan Data Menggunakan Program Plaxis

a) Plaxis Input.

Dalam analisis pekerjaan yang akan menggunakan program plaxis, haruslah membuat pemodelan sesuai kondisi di lapangan. Berikut ini merupakan tahapan pemodelan lereng dalam program plaxis :

Gambar 3.12 Tampilan General Settings Project

1. Melakukan input data pada tampilan General settings. Tampilan General settings terdiri dari dua, yaitu project seperti terlihat pada Gambar 3.12 dan Dimensions pada Gambar 3.13

Gambar 3.13 Tampilan General Settings Dimensions.

(10)

27

Pada project box terdapat file name, directory dan title. File name dan directory belum terisi karena merupakan lembar kerja baru, sedangkan pada title dapat diisi dengan nama pekerjaan yang akan dianalisa atau nama judul.

1. Menggambar geometri 2 dimensi penampang lereng yang akan dianalisis

2. Menentukan kodisi batas (Standard Fixities).

3. Memasukan sifat-sifat material pada menu Material Sets.

4. Melakukan penyusunan jarring elemen (Generated Mesh).

5. Menentukan Initial Condition dan Initial Pore Preassures untuk menentukan kondisi muka air tanah (MAT) dan 𝐾₀ Procedure.

6. Menetukan Generate Water Pressure kondisi Phreatic Level.

7. Menetukan Closed Consolidation Boundary.

b) Plaxis Calculations

Plaxis Calculation Program digunakan setelah proses input pada pekerjaan yang kita tinjau telah selesai. Program ini dapat secara otomatis terbuka setelah memilih toolbar calculate pada akhir input program, jika kalkulasi tidak dilakukan langsung setelah proses input, kita dapat membuka program ini dengan memilih calculation program pada start menu. Adapun tampilan plaxis calculation seperti pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Tampilan General Settings Dimensions.

(11)

28

Untuk memnentukan perhitungan safety factor pada program plaxis dilakukan input terhadap tahap calculations sebagai berikut :

1) Melakukan input untuk mendapatkan nilai safety factor. Pilih Phi/c Reduction pada calculation type. Kemudian pilih incremental multipliers pada loading input lalu klik calculate.

2) Memilih titik noda untuk penggambaran kurva beban perpindahan maupun penggambaran lintasan tegangan.

c) Plaxis output

Plaxis output dapat dipanggil dengan mengklik toolbar Plaxis output, atau dari start menu yang bersesuaian dengan program plaxis. Toolbar Calculation Program pun dapat juga dipakai untuk masuk ke output program, jika inputnya selesai dan telah memilih titik yang akan ditinjau.

Adapun tampilan output program seperti pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Tampilan Plaxis Output Program.

Selain perpindahan dan tegangan yang terjadi dalam tanah, program keluaran dapat digunakan untuk melihat gaya-gaya yang bekerja pada objek structural. Untuk menampilkan hasil yang diperoleh dari hasil yang diperoleh dari hasil analisis ini adalah sebagai berikut :

(12)

29

1) Pilih peningkatan total dari menu deformasi. Tampilan akan menunjukan peningkatan dari seluruh titik noda dalam bentuk anak panah. Panjang dari anak panah menunjukan nilai relatifnya.

2) Pilih tegangan efektifnya dari menu tegangan. Tampilan akan menunjukan besar dan arah dari tegangan-tegangan utama efektif.

3.4.2 Pengolahan Data dengan Menggunakan Metode Kesetimbangan Batas (Manual)

Metode yang digunakan untuk menganalisis kestabilan lereng adalah kesetimbangan batas. Secara prinsip gaya geser yang diperlukan untuk mempertahankan kestabilan lereng akan dibandiingkan dengan gaya yang menyebabkan kelongsoran. Perbadingan kedua ini akan didapatkan nilai factor keamanan (FK), apabila gaya untuk mempertahankan kemantapan lebih besar dari gaya yang menyebabkan kelongsoran, maka nilai FK > 1, lereng dikategorikan aman dan tidak terjadi longsor, dan apabila gaya yang menyebabkan kelongsoran lebih besar dari gaya untuk mempertahankan kemantapan maka nilai FK < 1, sehingga lereng di kategorikan tidak aman dan berpotesi longsor.

Geometri lereng yang akan digunakan pada penelitian ini adalah lereng tunggal yang disimulasikan dengan ketinggian 10 m dan sudut lereng 60°

a) Metode Fellinius

Rumusan yang digunakan :

F =

^∑ ^𝑐¹⁺^𝑊^𝑖^{cos 𝜃−}^𝑖^𝛼^𝑖^{𝑔 𝜑}

𝑖=𝑛𝑖=1

∑^𝑖=𝑛_𝑖=1𝑊_𝑖sin 𝜃_𝑖

Keterangan:

F = faktor aman

n= jumlah irisan

c = kohesi tanah (kN/m²)

3.1

(13)

30 φ = sudut gesek dalam tanah (derajat)

ai = panjang lengkung lingkaran pada irisan ke-i (m) Wi = berat irisan tanah ke-i (kN)

ui = tekanan air pori pada irisan ke-i (kN/m²)

θi = sudut yang di definisikan dalam Gambar 3.16 (derajat)

Gambar 3.16 Model Lereng Fellenius

b) Metode Bishop

Rumusan yang digunakan :

𝐹𝐾 =

∑[𝑐. 𝑏 + 𝑊 − 𝑢. 𝑏 𝑡𝑎𝑛∅′] ( 1

cos α 1 + 𝑡𝑎𝑛∅′_𝑖. 𝑡𝑎𝑛Ө/𝐹)

∑ 𝑊𝑠𝑖𝑛𝛼

𝐹𝐾 =∑[𝑐. 𝑏 + 𝑊 − 𝑢. 𝑏 𝑡𝑎𝑛∅′] (1 𝑀𝑖)

∑ 𝑊𝑠𝑖𝑛𝛼

Keterangan :

c : kohesi efektif

f : sudut gesek dalam efektif

Ө : sudut yang didefinisikan dalam gambar 3.17 u : tekanan air pori

F : FK

3.2

3.3

(14)

31 l : panjang dasar irisan W : berat irisan

b : lebar irisan

R : radius lingkaran bidang gelincir Xn,Xn+1 : gaya-gaya vertikal pada batas irisan En,En+1 : gaya-gaya horisontal pada batas irisan

Gambar 3.17 Model Lereng Bishop

3.4.3 Cara Analisis Data Dengan Menggunakan Program Kesetimbangan Batas (Rocscience Slide)

a) Pemodelan

Pemodelan gometri lereng Pemodelan geometri lereng yang akan dianalisis bisa dilakukan langsung di Rocscience Slide. Setelah aplikasi Rocscience Slide dibuka dlangkah pertama adalah membuat nama file baru. Kemudian membuat geometri lereng dengan external boundary, hingga menyerupai gambar aslinya. Dalam sebuah lereng bisa terdapat beberapa jenis material.

Material boundary adalah batas antar material tersebut.

(15)

32

Gambar 3.18 Pemodelan

b) Identifikasi Metode dan Parameter Perhitungan

Dalam analisis kestabilan lereng terdapat beragam metode dengan parameter yang berbeda. Metode dan parameter perhitungan tersebut harus diidentifikasikan dengan tepat.

Langkah pertama untuk menentukan metode perhitungan adalah klik menu Analysis-Project Settings seperti pada gambar 3.11

Gambar 3.19 Project Settings

Setelah itu akan muncul top up menu seperti pada Gambar 3.11 hingga 3.20 Project setting terdiri dari beberapa bagian yaitu General, Methods, Groundwater, Statistics, dan Random Numbers. General adalah pengaturan umum tentang judul, satuan, arah longsoran, dan beberapa data penunjang.

(16)

33

Gambar 3.20 Pengaturan Umum Pada Project Settings

Methods adalah pengaturan metode perhitungan yang digunakan. Dalam Tugas Akhir ini metode yang digunakan adalah Bishop simplified dan Ordinary/Fellenius. Metode yang akan digunakan dapat dipilih lebih dari satu dan masing-masing metode dapat dinterpretasikan dengan software komplemen Rocscience Slide yaitu Rocscience Slide Interpret. Pada Kolom Converage Options terdapat pilihan jumlah slice/pias dalam perhitungan FoS. Jumlah pias yang digunakan sebanyak 25. Sedangkan Tolerance dan Maximum Number of Iterations adalah alat bantu sampling statistik untuk menentukan kemungkinan yang tidak pasti dalam perhitungan.

Groundwater adalah pengaturan tentang pengaruh air di dalam kestabilan lereng. Setiap groundwater method akan meminta parameter yang berbeda.

Dalam Tugas akhir ini groundwater method digunakan nilai Ru coefficient dengan asumsi kondisi kering dan jenuh sempurna (fully saturated). Nilai Ru coefficient tersebut akan dimasukkan ke dalam material properties.

Dua kolom terakhir pada bagian kanan adalah Statistic dan Random Numbers. Menu ini tidak harus dipilih (bisa dikosongkan). Statistics berisi pilihan tentang metode sampling yang digunakan dan parameter yang menyertainya yang harus dimasukkan pada Random Numbers.

(17)

34

Gambar 3.21 Pengaturan Metode Yang Digunakan

Gambar 3.22 Pengaturan Pengaruh Air Yang Digunakan

c) Identifikasi Material

Material pembentuk lereng yang akan dianalisis harus dimasukkan ke dalam data Rocscience Slide. Langkah untuk mengatur material adalah klik Menu Properties-Define Materials.

(18)

35

Gambar 3.23 Langkah Untuk Menginput Material

Setalah itu akan muncul top up menu pengaturan material. Setiap material bisa diatur nama dan warnanya untuk memudahkan dalam penyajian.

Karekteristik pertama yang harus dimasukkan adalah bobot isi/unit weight.

Setelah itu pilih jenis analisis kekuatan. Setiap jenis akan meminta parameter yang berbeda. Misalnya jika digunakan Mohr-Coulomb maka parameter yang harus dilengkapi adalah kohesi dan sudut geser dalam.

Gambar 3.24 Mengisi Material

Langkah selanjutnya adalah menempatkan material pada gambar berdasarkan material boundary dengan karakteristik yang telah dibuat.

Tampilan lereng akan berubah dengan warna sesuai materialnya seperti pada gambar 3.25.

(19)

36

Gambar 3.25 Assign Material Pada Lereng

Gambar 3.26 Setiap Jenis Material Diwakili Oleh Warna Yang Berbeda

d) Penentuan Bidang Gelincir

Kemungkinan bidang gelincir yang akan terjadi pada lereng yang dianalisis dapat dipilih dengan klik menu Surfaces-Surfece Options kemudian akan muncul top up menu seperti pada Gambar 3.27 Penentuan bidang gelincir disesuaikan dengan kemungkinan bidang longsor pada lereng yang akan dianalisis. Pada failure 25 kemungkinan longsor adalah pada failed material yang tersusun oleh material lepas sehingga digunakan bidang gelincir berbentuk lingkaran.

Gambar 3.27 Langkah Untuk Membuka Pengaturan Bidang Gelincir

(20)

37

Setelah Surface Type dipilih Circular selanjutnya adalah mengatur mentode pencarian kemungkinan bidang gelincir. Radius Increment menunjukkan jumlah interval antara radius terbesar dan terkecil pada setiap titik pusat gelincir. Sedangkan composite surfaces adalah bidang gelincir berbentuk busur lingkaran yang melewati lebih dari satu jenis material. Sedangkan tension crack dipilih karena kemungkinan bidang gelincir pada failure 25 hanya akan melewati failed material.

Gambar 3.28 Surface Options

Selanjutnya klik Auto Grid seperti Gambar 3.29 untuk membuat grid yang memuat kemungkinan pusat gelincir. Jika dipilih Auto Grid maka Rocscience Slide akan membuat sebuah kota dengan kemungkinan bidang longsoran. Metode ini adalah metode paling lengkap dan efektif.

Sebenarnya ada metode lain yang konvensional yaitu dengan menggambar sendiri kemungkinan busur lingkarannya. Jumlah kemungkinan pusat gelincir pada kota tersebut bisa diatur dengan memilih Grid Spacing.

Gambar 3.29 Pengaturan Dan Tampilan Setelah Dibuat Grid

(21)

38 e) Running/Kalkulasi

Langkah terakhir dalam Rocscience adalah memulai perintah running.

Caranya adalah menekan toolbar seperti pada gambar 3.30 kemudian Rocscience Slide akan melakukan perhitungan seperti pada gambar 3.31 Proses perhitungan tersebut memerlukan waktu beberapa menit (tergantung kecepatan bekerja komputer).

Gambar 3.30 Perintah Untuk Running

Gambar 3.31 Proses Running Rocscience Slide

(22)

39

Top up menu Slope Stability Compute akan otomatis tertutup setelah proses perhitungan mencapai 100%. Selanjutnya adala melakukan interpretasi nilai FoS dengan Rocscience Slide Interpret dengan perintah seperti pada gambar 3.32.

Gambar 3.32 Perintah Untuk Membuka Rocscience Slide Interpret

f) Interpretasi Nilai FoS

Rocscience Slide Interpret adalah software komplemen Slide yang berfungsi untuk melakukan interpretasi nilai FoS hasil kalkulasi dengan Rocscience Slide. Ketika pertama kali dibuka dari file Rocscience Slide yang sedang dikerjakan maka Rocscience Slide Interpret akan menunjukkan nilai FoS terkecil.

Gambar 3.33 Tampilan Rocscience Slide Interpret

(23)

40

Pada gambar terlihat di dalam kotak di atas lereng terdapat warna. Setiap warna menunjukkan nilai skala FoS tertentu sesuai dengan petunjuk di bagian kiri. Nilai FoS pada semua kemungkinan pusat gelincir yang terdapat pada skala warna terebut dapat diketahui. Dari gambar di atas juga terlihat pada failed material terdapat bentuk busur lingkara. Busur tersebut akan berubah jika dipilih pusat gelincir yang berbeda. Nilai FoS pada semua kemungkinan lokasi pusat gelincir tersebut dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti pada gambar 3.34 dan tabel dalam format Microsoft Excel.

Gambar 3.34 Interpetasi Hasil Analisis Kestabilan Lereng

Pada gambar 3.34 terlihat interpretasi hasil analisis kestabilang lereng lengkap dengan bidang gelincir berbentuk busur lingkaran, pusat gelincir disertai jari-jari, dan nilai FoS. Rocscience Slide Interpret juga dapat menunjukkan diagram gaya yang bekerja sesuai denga karakteristik material dan geometri yang dibuat. Diagram tersebut dapat dilihat pada gambar 3.35. Data gaya yang bekerja tersebut juga dapat diinterprtasikan sebagai sebagai data numerik.

Gambar 3.35 Diagram Gaya Yang Bekerja Pada Sebuah Slice Dengan Metode Bishop

(24)

41 3.5 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.36 Diagram Alir Penelitian

Pengumpulan data sekunder

Pemodelan Penampang Lereng

Analis Stabilitas Lereng

Analisis dengan kesetimbangan Batas (limit equilibrium method):

Rockscience Slide

Analisis dengan Elemen Hingga (Finite Element method):

Plaxis

Kontrol analisa