PENGARUH PROSES KONSOLIDASI TERHADAP DEFORMASI DAN FAKTOR
KEAMANAN LERENG EMBANKMENT
(STUDI KASUS BENDUNGAN KOSINGGOLAN)
O.B.A Sompie
1, David Sompie
2, T. Ilyas
31 Geotechnical Engineering at Faculty of Engineering Sam Ratulangi University, Manado, Indonesia,
bsompie@yahoo.com
2 PT. Newmont Minahasa Raya, Manado 3 Professor in Civil Engineering at University of Indonesia
ABSTRAK
Ketahanan pangan dan swasembada beras dengan pertumbuhan ekonomi khususnya pada daerah irigasi kosinggolan mensyaratkan kebutuhan konstruksi bendungan yang mampu menampung cadangan air lebih optimal. Konsekuensi dari rencana pembangunan Bendungan atau waduk yang dapat menampung cadangan air lebih termasuk peningkatan tinggi elevasi tanggul. Tujuan dalam perencanaan elevasi desain tanggul diperlukan penyelidikan tanah, terutama untuk menentukan karakteristik (sifat fisik dan mekanik) lapisan tanah di lokasi penelitian menggunakan analisis geoteknik telah dilakukan dengan baik di lapangan dan di laboratorium. Analisis geoteknik praktis terhadap stabilitas konstruksi embankment dilakukan dengan menggunakan program komputer perhitungan Plaxis berdasarkan Metode Elemen Hingga untuk menganalisis nilai deformasi dengan lima tahapan konstruksi konsolidasi setinggi 2 cm selama 150 hari memberikan nilai factor keamanan 1.295.
Kata kunci: Bendungan Kosinggolan, Deformasi, Embankment, Faktor Keamanan, Konsolidasi.
1. PENDAHULUAN
Daerah Irigasi Kosinggolan sering mengalami kekeringan yang cukup parah, namun pernah pula terjadi kebanjiran. Fenomena tersebut menunjukkan fluktuasi yang besar antara musim kering dengan musim hujan. Sebagai salah satu langkah antisipasinya adalah dengan membangun Reservoar sebagai penampung cadangan air, sehingga didapatkan suplai air yang stabil, baik pada musim hujan maupun pada musim kering.
Konsekuensi dari rencana pembangunan Reservoar yang dapat menampung cadangan air lebih banyak diantaranya dengan Peninggian Tanggul Lama. Rencana Peninggian Tanggul Lama yang terdapat di sekitar Bendung Kosinggolan desa Doloduo kecamatan Domuga Kabupaten Bolaang Mongondow.
Dalam tulisan ini pembahasan hanya dibatasi pada : • Data hasil pemeriksaan di lapangan meliputi :
o log bor tangan (hand boring) o static cone penetration test (sondir) o tes pits quarry
o hydraulic conductivity test atau Field Permeability Test
Menggunakan data hasil Pemeriksaan di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik UNSRAT Manado terhadap penelitian tanah.
• Contoh tanah yang diambil 8 titik
• Analisa Kestabilan Lereng dengan Software Plaxis 8 • Tinggi Tanggul Rencana 8 meter
• Analisa Gempa tidak dibahas.
Penulisan ini bertujuan untuk memberikan gambaran kondisi lapisan bawah permukaan tanah (sub soil condition), terutama untuk mengetahui karakteristik (sifat-sifat fisik dan mekanik) dari lapisan tanah di lokasi tersebut untuk dapat menganalisis perencanaan embankment/ tanggul.
2. METODOLOGI PENELITIAN
Penulisan ini menggunakan hasil penelitian mekanika tanah yang telah dilakukan baik di lapangan maupun di laboratorium dengan berdasarkan teori-teori yang telah ditulis pada beberapa literatur sebagai bahan / data untuk selanjutnya dianalisa dengan menggunakan software.
Pekerjaan laboratorium terdiri atas pengujian terhadap contoh tanah asli (undisturbed samples) dan contoh tanah tidak asli (disturbed samples) yang diambil dari lokasi-lokasi terpilih. Tujuan dari pekerjaan ini untuk mengetahui sifat-sifat fisik / sifat-sifat asli tanah dan sifat-sifat mekanik/keteknikan dari tanah.
Data yang diambil dari hasil pemerikasan di laboratorium antara lain :
Sifat-sifat asli tanah (Index Properties) : a. Water Content : ASTM D.2216 - 71
Tujuannya untuk menentukan harga kadar air tanah (ϖ). b. Volume Unit Weight : ASTM D.2837 - 71
Tujuannya untuk menentukan harga berat isi tanah (γ). c. Specific Gravity (Gs) : ASTM D.854 - 72
Tujuannya untuk menentukan harga berat jenis tanah (Gs). d. Atterberg Limits : ASTM D.424 - 74
Tujuannya untuk menentukan harga batas cair (LL) dan batas plastis (PL) tanah. e. Sieve dan Hydrometer Analysis : ASTM C.136 - 46
Tujuannya untuk menentukan harga % lolos saringan nomor 4, 10, 40 & 200 atau menentukan % fraksi jenis-jenis tanah.
f. Permeability Test (k) : ASTM D.2434-74
Tujuannya untuk menentukan koefisien permeabilitas/rembesan tanah.
Sifat-sifat mekanika tanah (Engineering Properties) : a. Consolidation Test : ASTM D.2435 - 70
Tujuannya untuk menentukan harga koefisien konsolidasi (Cv) dan indeks kompresi (Cc) tanah. b. Trixial-UU (c, φ) : ASTM D. 2850
Tujuannya untuk menentukan harga kohesi (c) dan sudut geser dalam (φ) tanah. c. Compaction Standard : ASTM D-698 (Untuk tanah terganggu)
Tujuannya untuk menentukan berat isi kering maksimum dan kadar air optimum suatu contoh tanah.
3. ANALISA KESTABILAN LERENG
Metoda yang digunakan untuk menghitung kestabilan lereng tanggul rencana adalah dengan metoda modifikasi Bishop (Simplified Bishop Methode).
Persamaan yang digunakan pada metoda Bishop sebagai berikut :
(1)
dimana :
SF = Faktor keamanan W = berat slice c’ = kohesi efektif
φ’ = sudut geser dalam efektif B = lebar slice
Gambar 1. Menunjukkan skema deskripsi parameter stabilitas lereng yang berkaitan dengan rumus 1.
Gambar 1. Skema deskripsi parameter stabilitas lereng
α Xn En+1 Xn+1 s = u l tg φ En p' = u l p W B α B r u b a 1 m o
Sketsa Deskripsi Parameter Stabilitas Lereng Uraian Gaya :
Pada Segmen Tanah
l
(
)
[
]
SF
tg
tg
tg
uB
w
l
c
W
SF
'
.
1
sec
'
...
'
sin
1
φ
α
α
φ
α
+
−
+
=
Kriteria Faktor Keamanan Kestabilan Lereng Untuk Disain Optimal. A. Settlement / Deformasi
Penurunan dam pada kondisi reservoar kosong atau penuh : Pondasi = 2 % dari tinggi Dam
Tanah timbunan = 1 – 2 % dari tinggi timbunan
Kecuraman atau perbedaan penurunan pada tiap titik = 1 % (1 ft dalam 100 ft). Reservoar kosong adalah kemungkinan lebih kritis.
B. Kebocoran
Kontrol banjir : 100 cft untuk aliran banjir 1 – 2000 cfs. Cadangan Dam : 0.1 % dari rata-rata arus aliran.
C. Erosi rembesan dan Boiling.
Faktor keamanan = 1.2 s/d 5 untuk boiling.
Faktor keamanan = 1.2 s/d 2 untuk uplift di atas tanggul kedap.
Analisis stabilitas konstruksi Peninggian Tanggul dilakukan dengan menggunakan Program Komputer PLAXIS yang telah dikembangkan oleh Dr. R.B.J. (Plaxis, B.V., The Netherlands) dan Prof. P.A. Vermeer (University of Stuttgart, Germany). PLAXIS adalah paket program komputer yang mendasarkan perhitungan pada Metode Elemen Hingga untuk menganalisis besaran deformasi dan stabilitas yang sangat diperlukan dalam menangani permasalahan-permasalahan dalam bidang geoteknik.
Metode Elemen Hingga sendiri menganalisis suatu konstruksi dengan cara membagi-bagi (diskretisasi) seluruh bangunan menjadi elemen-elemen kecil, yang akibat perubahan beban masing-masing elemen akan mengalami rubah bentuk yang besarnya bergantung kepada tingkat pengaruh beban dan karakteristik material elemen yang ditinjau.
Aplikasi Geoteknik menggunakan program ini mensyaratkan pemodelan lanjut untuk mensimulasi perilaku tanah yang non - linier dan "time dependent" atau tergantung pada waktu pembebanan. Sebagai tambahan, karena tanah merupakan material berfase banyak, prosedur pengerjaan khusus diperlukan sehubungan dengan sifat tekanan air pori dalam tanah baik yang bersifat hidrostatis maupun yang non-hidrostatis.
Analisis Kestabilan Lereng dengan Software Plaxis
Dalam analisa perhitungan stabilitas lereng akan dicari kemiringan lereng yang aman untuk suatu kondisi tertentu. Beban selama massa konstruksi diperhitungkan sebesar 1000 kg/m2 bekerja di atas tanggul. Sketsa geometri peninggian tanggul dan data-data sifat tanah seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Sketsa Peninggian Embankment di sekitar Bendung Kosinggolan
Analisis dan Perhitungan
Analisis dan perhitungan stabilitas Peninggian Tanggul Bendung Kosinggolan dilakukan dengan menggunakan Program Komputer PLAXIS. Ketentuan yang dipakai dalam analisis dan perhitungan adalah sebagai berikut :
Model : Plane Strain. Elements : 6-Node.
Unit : Length (m), Force (kN), Time (day) Stress : kN/m2
Weight : kN/m3
Batasan bidang yang digunakan : Left : 0 m, Right : 50 m, Bottom : 0 m, Top : 25 m, spacing : 0.5 m. 1,2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 23 24 25 26 27 28 29 30 Timbunan Baru Timbunan Lama Tanah keras Unit Weight: 17 Cohesion: 32.3 Phi: 7.32 Unit Weight: 17.5 Cohesion: 33 Phi: 15 Unit Weight: 20.5 Cohesion: 450 Phi: 30 Beban terbagi rata 1000 kg/m2
Jarak horisontal (m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 E le va si ( m ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Kondisi Akhir Konstruksi dan Bendung Terisi Penuh Air
Kondisi akhir konstruksi dan Bendung terisi penuh oleh air yang dimaksud adalah kondisi setelah tanggul selesai dibangun kemudian dam/reservoar diisi penuh oleh air (reservoar full) sampai dengan batas tinggi jagaan kondisi air banjir (1 m dari mercu tanggul). Pola deformasi, aliran vektor-vektor gaya dan kontur perpindahan kondisi Dam terisi penuh oleh air diperlihatkan dalam Gambar-2. sampai dengan 4. berikut ini.
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000
0.000 10.000 20.000
Gambar- 2. Pola deformasi kondisi Embankment terisi penuh air
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50
0.000 10.000 20.000
Gambar- 3. Aliran vektor-vektor gaya kondisi Embankment terisi penuh air
Gambar- 4. Kontur perpindahan kondisi Dam terisi penuh air
0.000 10.000 20.000 *10-3 m 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000 22.000 24.000 26.000 28.000 30.000
Output terpenting secara numerik dari Program Komputer Plaxis untuk kondisi Dam terisi penuh air (Reservoar Full) disajikan dalam Tabel- 2. berikut ini.
Uraian Nilai Besaran yang
diijinkan Keterangan Deformasi vertikal maksimum (m) 0.029 0.16 Ok. Faktor keamanan terhadap longsor 2.264 1.5 Ok. Tegangan normal maksimum pada dasar
pondasi (kN/m2) 82.49 100 Ok.
Tabel – 2. Output Plaxis untuk kondisi Dam terisi penuh air.
Analisis pada kondisi praktis
Gambar 5a. Model sederhana 1V:3H
Gambar 5b. Model sederhana 1V:3H (dengan konsolidasi)
Analisis Kondisi Sederhana dengan menyederhanakana kondisi sebelumnya dengan menggunkanan kemiringan lereng tanggul 1V:3H dengan parameter yang sama. Skenario analisis digunakan model sederhana tanpa konsolidasi (Gambar 5a) dan dengan konsolidasi pada lima lapisan masing 150 hari. Muka air masing-masing dengan kondisi air normal dimana tinggi air setengah dari tinggi embankment dan kondisi air penuh dengan muka air 1 meter dari mercu tanggul. Model deformasi yang terjadi seperti pada gambar 6, dengan nilai faktor keamanan 1.12.
Gambar 6. Model deformasi
Gambar 7. Faktor Keamanan
Kelebihan tekanan air pori terjadi paling besar pada dinding tubuh embankment bagian hulu dan bagian tengah bendung. Gambar 9 untuk kurva tekanan air pori tertinggi pada titik D dengan 51.642 kN/m2, dimana kondisi ekstrim tekanan air pori 83.12 kN/m2 (lihat gambar 8). Keadaan akan menjadi dasar dalam disain untuk memberikan atau menanbah perkuatan pada bagian konstruksi embankment tersebut Dengan faktor keamanan air penun lebih besar dari 1 yakni 1.12, konstruksi embankment sederhanan ini tidak cukup aman.
Gambar 8. Kelebihan Tekanan Air pori
Gambar 9. Kurva tekanan air pori
Tahapan konsolidasi yang dilakukan selama 150 hari (lihat gambar 5b), tiap layer setinggi 2 meter dengan lima lapisan memberikan nilai faktor keamanan yang signifikan pada setiap tahapan kostruksi, nilai faktor keamanan sebesar 1.295.
Gambar 10. Kurva tekanan air pori (dengan konsolidasi)
4. KESIMPULAN
Analisis Geoteknik kestabilan lereng embankment sederhana dengan kemiringan 1V:3H cukup aman pada kondisi air penuh dengan nilai Faktor keamanan (Safety Factor, SF) sama dengan 1.12 dengan kondisi ekstrim tekanan air pori 83.12 kN/m2. Tahapan konsolidasi dengan lima lapisan setinggi masing-masing 2 meter memberikan nilai factor keamanan 1.295.
DAFTAR PUSTAKA
Dr. R. B. J. (Plaxis, b.v., The Netherlands) dan Prof. P. A. Vermeer (University of Stuttgart, Germany) Program Komputer PLAXIS, Versi 7.11 dan Versi 8
Sompie, O.B.A, Arai, K Machihara, H, and Kita, A (1998). Numerical Analysis of Constant Rate of Strain Consolidation Test, proc. 53th Japan National Conference on Civil Engineering, Gifu, Vol. 1, p. 416 (in Japanese).
