2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. TANAH DASAR LEMPUNG LUNAK
Dari Pedoman Konstruksi dan Bangunan (2005), tanah lunak adalah tanah yang memiliki kuat geser undrained lapangan kurang dari 40 kPa dan memiliki kompresibilitas yang tinggi.
Menurut Wesley (1988), dalam klasifikasi tanah, yang dilihat terlebih dahulu adalah Unconfined Compressive Strength dari tanah terlebih dahulu. Tanah dikategorikan sebagai lempung lunak (soft clay) apabila Unconfined Compressive
Strength dari tanah maksimum 0,5 kg/cm2. Wesley (1988) menambahkan ada kategori tanah lempung yang sangat lunak yang berkekuatan Unconfined Compressive Strength tidak melebihi 0,25 kg/cm2. Setelah kekuatan tanah, keterangan yang perlu juga wajib ditambahkan untuk menentukan lapisan tanah tersebut, semisal deskripsi visual lainnya.
Tanah lempung termasuk salah satu tanah yang mudah sekali untuk berubah. Hal ini dikarenakan sifatnya yang plastis, yakni mampu berubah bentuk tanpa adanya bentuk retakan maupun pecahan tertentu. Perubahan ini juga didukung oleh ukuran partikelnya yang relatif kecil, sehingga tidak memiliki kekuatan daya dukung dan kuat geser. Menurut Das (2003), kekuatan tanah ( ) dapat dideskripsikan melalui persamaan (2.1).
(2.1) di mana s adalah kuat geser tanah, yang bergantung pada variabel c, ’, dan ϕ. Variabel c bergantung pada kekuatan lekatan tanah atau kohesi, sementara ’ bergantung pada kuat geser tanah efektif pada kedalaman tertentu dan ϕ bergantung pada sudut longsor tanah.
Jenis tanah lempung dapat dibedakan dari nilai SPT tanah tersebut sesuai pada Tabel 2.1. Dari hasil SPT lapangan (didapat dari hasil bore hole), dapat diketahui jenis tanah lempung tersebut dan kekuatan tanah lempung.
Tabel 2.1. Korelasi antara qu dengan N-SPT pada Tanah Lempung Jenis N – SPT qu (kN/m2) Sangat Lunak <2 <25 Lunak 2-4 25-50 Sedang 4-8 50-100 Keras 8-15 100-200 Sangat Keras 15-30 200-400
Sumber: Terzaghi dan Peck, 1967 2.2. TANAH TIMBUNAN
Menurut Scott (1993), tanah timbunan adalah tanah atau batu yang adalah bagian bumi yang ditimbun untuk pembangunan jalan, rel, kanal, dan struktur tertentu, termasuk struktur penahan air.
Dalam simulasi Plaxis, tanah timbunan ini memakai tanah pasir, untuk meratakan konsolidasi yang terjadi akibat beban di atas tanah timbunan. Selain itu, penurunan pada tanah pasir ketika dibebani lebih kecil daripada penurunan pada tanah lempung dengan beban yang sama. Tanah pasir memiliki ukuran butiran antara 0.2 mm sampai 2 mm, jauh lebih besar daripada tanah lempung yang hanya 0.002 mm dan lebih kecil, sehingga memiliki gesekan antarpartikel yang lebih kuat. Jumlah gesekan partikel ini akan lebih optimum jika derajat keseragamannya rendah dan koefisien gradasinya tinggi.
Menurut Fang (1991), tanah pasir dapat dibedakan dari beberapa literatur, seperti Peck (1974) dan Meyerhof (1956). Tanah pasir dapat dibedakan menurut SPT dari boring, kepadatan relatif, dan sudut gesernya, seperti pada Tabel 2.2. Penelitian ini menggunakan korelasi Meyerhof.
Tabel 2.2. Korelasi antara SPT (N), Kepadatan Relatif (Dr), dan Sudut geser (ϕ) pada Tanah Pasir Kepadatan Pasir N SPT Dr Sudut Geser Peck (1974) Meyerhof (1956) Sangat rendah <4 <0. 2 <29 <30 Rendah 4-10 0.2-0.4 29-30 30-35 Sedang 10-30 0.4-0.6 30-36 35-40 Tinggi 30-50 0.6-0.8 36-41 40-45 Sangat Tinggi >50 >0.8 >41 >45 Sumber: Foundation Engineering Book (Fang, Hsai-Yang, 1991)
2.3. BEBAN TIMBUNAN
Beban yang dipikul oleh timbunan ialah beban lalu lintas. Menurut Dinas Pekerjaan Umum (2004), jalan dapat dibedakan menjadi 3 kategori berdasarkan fungsi. Dari beban jalan ini, akan diketahui fungsi spesifik dari jalan dan lalu lintas harian rata-rata. Dari data ini, dapat disimpulkan beban lalu lintas yang diterima oleh timbunan seperti pada Tabel 2.3. Pada penelitian ini, beban maksimum yang dipakai adalah 15 kN/m2.
Tabel 2.3. Beban Lalu Lintas untuk Analisis Stabilitas
Fungsi Sistem Jaringan
Lalu Lintas Harian Rata-Rata (LHR)
Beban Lalu Lintas (kN/m2) Primer Arteri Semua 15 Kolektor > 10.000 15 < 10.000 12 Sekunder Arteri > 20.000 15 < 20.000 12 Kolektor > 6.000 12 < 6.000 10 Lokal > 500 10 < 500 10 Sumber: Panduan Geoteknik No. 4 Pt T-10-2002-B (DPU, 2002b)
2.4. ANALISIS STABILITAS LERENG TIMBUNAN
Longsor pada dasarnya dikarenakan tidak cukupnya kekuatan geser tanah terhadap beban yang ada (Wesley, 1988). Pada dasarnya, kegagalan tanah timbunan ada dua model, model rotasi dan model translasi. Model rotasi mempunyai bidang longsor yang menyerupai busur, sementara model translasi mempunyai bidang longsor yang hampir lurus (Wesley, 1988). Model rotasi dibagi lagi menjadi beberapa bentuk seperti pada Gambar 2.1.
Bentuk longsor rotasi dapat dipisahkan lagi menjadi bentuk berikut:
1. Shallow slope failure, di mana busur bidang longsor lebih kecil daripada bidang
miring tanah timbunan.
2. Toe circle failure, di mana busur bidang longsor melewati kaki (toe) dari tanah
Gambar 2.1. Macam-Macam Busur Longsor yang Terjadi pada Tanah Sumber: Principles of Geotechnical Engineering, Braja M. Das (1997)
3. Slope circle failure, di mana busur bidang longsor berada di atas kaki tanah
timbunan.
4. Midpoint circle base failure, di mana busur bidang longsor melibatkan tanah di
bawah kaki tanah timbunan. (Das, 1997)
Singkatnya, busur longsor ini adalah sekumpulan vektor momen yang terdiri atas momen penahan (yang berada di luar busur [sisi kanan tiap gambar]) dengan momen pembeban. Menurut metode Bishop, rumusnya dapat disimpulkan pada rumus (2.2). (Tay, Adi, Tjandra, & Wulandari, 2014)
(2.2)
Dengan keterangan:
SF = Angka Keamanan M restoring = Momen Penahan
M disturbing = Momen Beban
Menurut Koerner (1986), angka keamanan lereng yang disarankan minimal ialah 1,3. Namun menurut Bina Marga (2009), angka keamanan lereng yang disarankan untuk kestabilan lereng secara global ialah 1,5. Dalam penelitian ini, angka keamanan lereng diambil minimum 1,5.
2.5. GEOTEKSTIL
Dari Pedoman Konstruksi dan Bangunan (2009), geosintetik adalah material yang berbentuk lembaran yang terbuat dari bahan polimer lentur, digunakan dengan tanah, batuan atau material geosintetik lainnya, sebagai suatu kesatuan pekerjaan buatan manusia, struktur, maupun sistem ASTM D4595.
Geotekstil sendiri adalah salah satu dari produk geosintetik, yang bertujuan untuk menambah kekuatan tanah. Geotekstil terdiri atas dua jenis, woven dan non-woven. Masing-masing geotekstil ini memiliki fungsi sendiri-sendiri (jenis-jenis geotextile). Pada umumnya, untuk perkuatan tanah dasar digunakan woven geotekstil, karena berbentuk anyaman yang memungkinkan gesekan yang lebih kuat karena luas permukaan yang lebih besar dan sifat permeable yang memungkinkan agar kekuatan tanah tidak berdasar pada tekanan air saja (Wulandari & Tjandra, 2015). Di sisi lain, non-woven geotextile berfungsi sebagai pemisah atau membrane effect saja, karena berbentuk hampir seperti kain wol/ flanel (Long & Lau, 1990).
Jika geotekstil turut serta berperan dalam menambahkan momen penahan, maka rumusnya akan menjadi seperti pada Persamaan (2.3.).
(2.3)
dengan N3 sebagai kuat tarik geotekstil dan y sebagai jarak titik pusat busur
longsor terhadap perletakan geotekstil. (Tay, Adi, Tjandra, & Wulandari, 2014)
2.6. TIMBUNAN DENGAN PERKUATAN GEOTEKSTIL
Menurut Pedoman Konstruksi dan Bangunan (2009), ada 2 jenis perkuatan yang dapat dilakukan untuk memperkuat timbunan, yaitu dengan perkuatan timbunan di atas tanah lunak dan dengan perkuatan timbunan pada lereng. Dalam penelitian ini, akan digunakan perkuatan timbunan di atas tanah lunak menggunakan geotekstil.
Dalam konstruksi perkuatan timbunan di atas tanah lunak, ada beberapa hal yang harus diperhatikan untuk menjaga kestabilan lereng, salah satunya adalah jenis keruntuhan. Ada 3 jenis keruntuhan lereng seperti pada Gambar 2.2, yaitu keruntuhan daya dukung, keruntuhan rotasional, dan keruntuhan leteral. Keruntuhan daya dukung disebabkan karena tidak cukupnya kekuatan tanah menahan beban yang diterima.
dalam menahan beban. Diharapkan dengan adanya 3 model timbunan ini, dapat dilakukan perkuatan yang sesuai dengan model keruntuhan tersebut.
Gambar 2.2. Jenis Keruntuhan pada Timbunan Diperkuat di Atas Tanah Lunak Sumber: Perencanaan dan Pelaksanaan Perkuatan Tanah dengan Geosintetik,
Departemen PU Bina Marga (2009)
Selain jenis keruntuhan lereng, ada beberapa faktor keamanan yang menjadi acuan, seperti pada Tabel 2.4. Faktor keamanan ini bertujuan untuk menjaga kestabilan timbunan dari gaya-gaya tertentu yang terjadi pada timbunan.
Tabel 2.4. Angka Keamanan Timbunan yang Diperkuat di Atas Tanah Lunak
Kriteria Nilai
Daya dukung global 1,5
Stabilitas Geser Global (Rotational) pada akhir
konstruksi
1,3 Stabilitas internal jangka
panjang 1,5
Pergerakan Lateral (Gelincir) 1,5
Pembebanan dinamik 1,1
Penurunan Sesuai Persyaratan Proyek
Sumber: Perencanaan dan Pelaksanaan Perkuatan Tanah dengan Geosintetik, Departemen PU Bina Marga (2009)
2.7. PLAXIS 2D
Plaxis 2D adalah salah satu program yang membantu dalam simulasi kestabilan
lereng dengan menggunakan metode elemen hingga. Pada Plaxis, akan terdapat 3 program dasar utama, yaitu Plaxis Input, Plaxis Calculation, Plaxis Output.
Pada Plaxis Input, pengguna akan memasukkan variabel-variabel yang mempengaruhi lereng, yang terdiri atas 2 bagian utama:
a) Tanah Dasar dan Timbunan
a. Jenis tanah (undrained atau drained) b. Berat jenis kering dan basah
c. Permeabilitas tanah d. Parameter kekuatan tanah e. Angka pori udara (e)
f. Modulus elastisitas dan Poisson Ratio g. Beban luar tambahan
b) Model utama a. Geometri awal b. Tekanan air
c. Tekanan efektif tanah d. Kondisi awal konstruksi
Ada beberapa tambahan di mana beberapa nilai variabel jenis tanah dasar dan timbunan memakai tetapan pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Modulus Elastisitas dan Poisson Ratio untuk Masing-Masing Jenis Tanah
Jenis Tanah
Modulus Elastisitas
(kN/m2)
Poisson Ratio
Lempung Sangat Lunak 1500 0,25
Lempung Lunak 3000 0,25
Lempung Sedang 5000 0,25
Limestone 300000 0,4
Pasir Padas 100000 0,4
Sumber: Das, 1997.
Pada Plaxis Calculations, pengguna akan memasukkan tahapan konstruksi dari kombinasi tanah dasar dan tanah timbunan. Untuk langkah 1, hanya akan ditambahkan timbunan, sementara pada langkah 2 dan langkah 3 akan ditambahkan timbunan dan geotekstil. Penjelasan tentang langkah ini akan dibahas pada bab selanjutnya. Pada
Plaxis Output, pengguna dapat melihat pola keruntuhan, extreme displacement sebagai
