SKRIPSI
ANALISIS LONGSORAN TANAH CLAYSHALE PROYEK JALAN TOL BALIKAPAPAN SAMARINDA
DENGAN PERKUATAN BORPILE
ZENSO SAGTAVIRION NPM : 2014410068
PEMBIMBING: Siska Rustiani, Ir. , M.T.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
(Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 227/SK/BAN-PT/Ak-XVI/S/XI/2013)
BANDUNG JUNI 2018
SKRIPSI
ANALISIS LONGSORAN TANAH CLAYSHALE PROYEK JALAN TOL BALIKAPAPAN SAMARINDA
DENGAN PERKUATAN BORPILE
ZENSO SAGTAVIRION NPM : 2014410068
PEMBIMBING: Siska Rustiani, Ir. , M.T.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
(Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 227/SK/BAN-PT/Ak-XVI/S/XI/2013)
BANDUNG JUNI 2018
iv
i
ANALISIS LONGSORAN TANAH CLAYSHALE PROYEK JALAN TOL BALIKAPAPAN SAMARINDA DENGAN
PERKUATAN BORPILE
Zenso Sagtavirion NPM: 2014410068
Pembimbing: Siska Rustiani, Ir., M.T.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
(Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 227/SK/BAN-PT/Ak-XVI/S/XI/2013)
BANDUNG JANUARY 2018
ABSTRAK
Tentunya kita akan sering menjumpai banyaknya lereng pada pekerjaan suatu proyek konstruksi jalan tol. Lereng – lereng tersebut pun harus diberi suatu perkuatan agar tidak terjadi longsor. Namun tidak semua perkuatan cocok dengan sebuah lereng, diperlukan pemilihan secara efektif dalam perancangan perkuatan lereng. Maka dari itu, perlu dilakukan analisis mengenai stabilitas lereng serta perkuatannya. Studi yang dilakukan merupakan analisis balik dimana nilai faktor keamanan harus sama dengan satu (FK= 1) dengan pemodelan menggunakan metode elemen hingga dengan menggunakan perangkat lunak PLAXIS.Proyek yang dikaji ialah proyek Jalan Tol Balikpapan – Samarinda di STA 28 +000 – STA 28+100 dengan tanah clayshale. Perkuatan tanah yang dipakai pada studi kasus ini merupakan bor pile. Untuk menangani masalah yang terjadi diperlukan perkuatan pada lereng dengan menggunakan borpile dua buah. Setelah dipasang satu bor pile diatas lereng nilai faktor keamanan meningkat menjadi 1.1331 dan ketika di lakukan perkuatan tambahan dengan bor pile dibawah lereng, nilai FK =1.5028 sehingga mengakibatkan kondisi lereng menjadi aman.
Kata Kunci: Metode Elemen Hingga, Bor Pile, Clayshale
ii
LANDSLIDE ANALYSIS WITH CLAYSHALE SOIL BALIKPAPAN – SAMARINDA HIGHWAY PROJECT WITH
BORPILE STRENGTHENING
Zenso Sagtavirion NPM: 2014410068
Advisor: Siska Rustiani, Ir., M.T.
PARAHYANGAN CATHOLIC UNIVERSITY DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING
(Accreditated based on SK BAN-PT Number: 227/SK/BAN-PT/Ak-XVI/S/XI/2013)
BANDUNG JANUARY 2018 ABSTRACT
Surely we will often find many slopes on the work highway construction project. The slopes must also be given a strengthening to avoid landslides. However, not all strengthening fit into a slope, effective selection is required in the design of slope strengthening. Therefore, an analysis of slope stability and strengthening is required. The study is a back analysis where the value of the safety factor must be equal to one (FK = 1) with modeling using finite element method PLAXIS software.
The project studied is Balikpapan - Samarinda Toll Road project at STA 28 +000 - STA 28+ 100 with clayshale soil. Strengthening that will be used in this case study is a borpile. To handle the problems that occur it needs reinforcement on the slopes by using two pieces of borpile. Once one bor pile is mounted above the slope the value of the safety factor increased to 1.1331 and when a borpile also mounted under the slope, the saftey factor increased to 1.5028, causing the slope to be safe.
Keywords: Finite Element Methode, Borpile, Clayshale
iii
PRAKATA
Puji dan Syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas pernyetaan dan kasih karunia- Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “KAJIAN LONGSORAN TANAH CLAYSHALE PROYEK JALAN TOL BALIKAPAPAN SAMARINDA DENGAN PERKUATAN BORPILE” dengan baik dan tepat pada waktunya. Skripsi ini merupakan salah satu syarat akademik dalam menyelesaikan studi S-1 di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan.
Dalam proses penyelesaian skripsi ini penulis menyadari banyak kendala yang dihadapi. Namun berkat pihak yang telah memberi keritik, saran, dukungan, serta doa skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Oleh karena itu penulis ingin berterimakasih kepada:
1. Ibu Siska Rustiani, Ir., M.T. selaku pembimbing yang telah dengan sabar, tekun, tulus dan ikhlas membantu meluangkan waktu, tenaga dan
pemikiran kepada penulis selama penyusunan skripsi dan tidak pernah menyerah membimbing penulis;
2. Bapak Prof. Paulus Pramono Rahardjo, Ir., MSCE., Ph.D., Bapak
Budijanto Widjaja, Ph.D., Bapak Aswin Lim, Ir., Ibu Anastasia Sri Lestari, Ir., M.T., selaku dosen yang memberikan saran dan keritik kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik;
3. Ayah, Bunda, dan Cici penulis yang selalu memberikan dukungan serta semangat, dan doa yang tak henti-hentinya sehingga penulis dapat tetap semangat dalam mengerjakan skripsi ini;
4. Joshua Tambatjong, Jericko, Andrianto yang selalu setia menemani, memberi dukungan, membimbing dan mengajari penulis, membantu dengan sabar menghadapi penulis walau ditengah kesibukannya, sehingga dapat terselesaikannya skripsi ini;
5. Novaldi dan Papih yang telah menjadi sahabat bahkan keluarga bukan sekedar teman, yang selalu setia menemani mengerjakan skripsi bersama, sabar, dan juga memberi masukan agar terselsaikannya skripsi;
6. Gifari Hakim dan Yasinta yang telah sabar menerima chat setiap saat dari penulis, menanyakan setiap hal untuk mengerjakan skripsi ini,
iv
memberikan data dan refrensi dan telah membantu dalam penyusunan skripsi;
7. George Joshua dalam memberi dukungan serta selalu menanyakan dan mengingatkan untuk mengerjakan skripsi ini;
8. Teman-teman dari bimbingan Bu Siska yang sama – sama berjuang dalam menjalankan suka duka membuat skripsi ini;
9. Seluruh teman-teman angkatan 2014 tercinta dan terkeren yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
10. Dan pihak yang mungkin membantu namun penulis lupa menulisnya.
Bandung, 7 Mei 2018
Zenso Sagtavirion 2000410068
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
PRAKATA ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR NOTASI... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii BAB 1 PENDAHULUAN... 1-1 1.1 Latar Belakang... 1-1 1.2 Inti Permasalahan ... 1-2 1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian ... 1-2 1.3.1 Maksud Penelitian ... 1-2 1.3.2 Tujuan Penelitian ... 1-2 1.4 Lingkup Pembahasan ... 1-3 1.5 Metoda Penelitian ... 1-3 1.5.1 Studi Literatur... 1-3 1.5.2 Pengumpulan Data ... 1-3 1.5.3 Pengolahan Data dan Analisis ... 1-3 1.6 Diagram Alir... 1-4 1.7 Sistematika Penulisan ... 1-5 BAB 2 DASAR TEORI ... 2-1 Stabilitas Lereng ... 2-1 Lereng Alam ... 2-1 Lereng Buatan. ... 2-1
vi
2.1.2.1 Galian (Cut Slope) ... 2-2 2.1.2.2 Timbunan (Embankment) ... 2-2 Kelongsoran / Land Sliding ... 2-3 2.2.1 Slide (Rotational , Translational Slide, dan Block Slide) ... 2-3 2.2.1.1 Rotational Slide ... 2-3 2.2.1.2 Translational Slide ... 2-3 2.2.1.3 Block Slide ... 2-3 Fall ... 2-4
Topples ... 2-4 Flows (Aliran) ... 2-5 2.2.4.1 Debris Flow ... 2-5 2.2.4.2 Debris Avalanche ... 2-5 2.2.4.3 Earthflow ... 2-5 2.2.4.4 Mudflow ... 2-5 2.2.4.5 Creep ... 2-5 Lateral Spreads ... 2-6
Clayshale ... 2-7 Upaya Mitigasi Kelongsoran ... 2-9 Karakteristik Pondasi Tiang Bor ... 2-9 Masalah Pada Tiang Bor ... 2-9 Keuntungan Pondasi Tiang Bor ... 2-10 Pelaksanaan Pondasi Tiang Bor ... 2-11 2.4.4.1 Peralatan Pemboran ... 2-11 2.4.4.2 Metode Konstruksi Tiang Bor ... 2-14 Dinding Penahan Tanah pada Galian Dalam ... 2-16 Penggunaan Soldier Piles sebagai Dinding Penahan Tanah ... 2-17
vii
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 3-1 Metode Elemen Hingga ... 3-1 Tahap Pra-proses (Pre-processing Phase) ... 3-1 Tahap Soulusi (Solution Phase) ... 3-2 Tahap Pasca-Proses (Post-processing Phase) ... 3-2 Analisis Balik ... 3-2 Manual Plaxis 2D ... 3-4 BAB 4 ANALISIS DATA ... 4-1 Deskripsi Proyek... 4-1 Penyelidikan Tanah... 4-2 Pengamatan Lereng ... 4-2 Pengujian Tanah ... 4-3 Perkiraan Parameter Tanah dari N-SPT ... 4-5 Kuat Geser Tak Teralir (Cu) dan Kuat Geser Efektif (C') ... 4-6 Penentuan Sudut Geser Dalam Efektif (ɸ') ... 4-7 Penentuan Nilai Berat Isi Tanah (𝜸𝒖𝒏𝒔𝒂𝒕) dan Nilai Berat Isi Tanah Basah (𝜸𝒔𝒂𝒕) ... 4-8
Penentuan Modulus Elastisitas Tanah (Es) ... 4-9 Penentuan Angka Poisson’s (𝝊) ... 4-10 Rangkuman Parameter Tanah ... 4-11 Pemodelan Dinding Penahan Tanah ... 4-12 Analisis Balik Dengan Bantuan Software Plaxis 2D ... 4-13 Tahapan Perhitungan Analisis Balik ... 4-13 Hasil Perhitungan Analisis Balik... 4-22 Metode Penanggulangannya Dengan Bor Pile ... 4-23 Tahap mengaktifkan bor pile1 ... 4-23
viii
Tahap mengaktifkan bor pile2 ... 4-26 Tahap pemindahan bor pile2 ... 4-27 Tahap pemindahan borpile1 ... 4-30 Gaya – gaya pada Borpile ... 4-33 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 5-1 Kesimpulan... 5-1 Saran ... 5-1
DAFTAR PUSTAKA ... xiv
LAMPIRAN 1 ... xv
LAMPIRAN 2 ... 2
... 3
ix
DAFTAR NOTASI
c’ = Kohesi Efektif (kN/m2)
c = Kohesi (kN/m2)
𝜙′ = Sudut Geser Efektif
𝜙 = Sudut Geser Dalam
𝛾 = Berat Isi Tanah (kN/m3)
𝛾𝑆𝑎𝑡 = Berat Isi Tanah Jenuh Air (kN/m3) E = Modulus Elastisitas Tanah (kN/m2)
E’ = Modulus Elastisitas Tanah Efektif (kN/m2) Ebaja = Modulus Elastisitas Baja (MPa)
Ebeton = Modulus Elastisitas Beton (MPa)
D = Diameter (m)
A = Luas permukaan (m2)
I = Momen Inersia (m4)
𝜋 = phi (22/7)
L = Panjang (m)
Lspacing = Spasi
F = Besar Gaya (kN)
FK = Faktor Keamanan
v = Angka Poisson’s
v’ = Angka Poisson’s Efektif
N-SPT = Jumlah Tumbukan yang mempresentasikan konsistensi Tanah
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram Alir... 1-4 Gambar 2.1 Rotational Landslide - Translational Landslide – Block Slide (Highland and Johnson, 2004). ... 2-4 Gambar 2.2 Debris Flow, Debris Avalance, Earthflow, Creep... 2-6 Gambar 2.3 Alat Pembor Ringan (flight auger) (sumber: www.digga.com) ... 2-11 Gambar 2.4 Bucker Auger (sumber: http://www.chinaunimate.com/) ... 2-12 Gambar 2.5 Under-reamer (sumber: http://www.battendrilling.com) ... 2-13 Gambar 2.6 Bore barrels (sumber: http://www.chinaunimate.com/) ... 2-13 Gambar 2.7 Cleanout bucket (sumber: http://www.smhainco.com) ... 2-14 Gambar 2.8 Pembuatan Tiang Bor dengan Menggunakan Casing (sumber: Fleming, Weltman, Randolph, dan Elson 2009) ... 2-15 Gambar 2.9 Pembuatan tiang bor dengan menggunakan slurry (sumber:
http://www.sanwakizai.co.jp/) ... 2-16 Gambar 2.10 Pola susunan soldier piles: (a) pola independen, (b) pola huruf ‘S’, (c) pola garis, (d)pola tumpang tindih, (e) pola campuran. (Sumber: Ou, C.Y., 2006) ... 2-19 Gambar 4.1 Lokasi proyek (Sumber: Madya Mangunkarsa) ... 4-1 Gambar 4.2 Bird View Longsoran di STA 28 + 000 – STA 28+100 (Sumber: PT.
Madya Mangunkarsa) ... 4-2 Gambar 4.3 Suvey Geoteknik di STA 28+000 – STA 28 + 100 (Sumber: PT. Madya Mangunkarsa) ... 4-2 Gambar 4.4 Lokasi titik pengujian tanah (Sumber: Data Madya Mangunkarsa) . 4-3 Gambar 4.5 Tampak samping lokasi titik pengujian tanah (Sumber: PT. Madya Mangunkarsa) ... 4-4 Gambar 4.6 Hasil pengujian BH 39 (kiri) dan BM 1 (kanan) (Sumber: PT. Madya Mangunkarsa) ... 4-4 Gambar 4.7 Parameter kuat geser dan sudut geser dalam tanah clayshale ... 4-6 Gambar 4.8 Tampilan awal input software PLAXIS ... 4-14 Gambar 4.9 Model bidang geometri, lapisan tanah, bor pile ... 4-14 Gambar 4.10 Material sets dari data parameter tanah ... 4-15 Gambar 4.11 Material sets dari bor pile ... 4-15
xi
Gambar 4.12 Hasil dari generate mesh ... 4-16 Gambar 4.13 Penentuan kedalaman muka air tanah ... 4-16 Gambar 4.14 Hasil dari generate water pressure ... 4-17 Gambar 4.15 Perhitungan initial stresses dengan K0-procedure=0 ... 4-17 Gambar 4.16 Tahap gravity loading ... 4-19 Gambar 4.17 Tahap gravity loading ... 4-19 Gambar 4.18 Pemasangan material bidang gelincir pada lapisan tipis ... 4-20 Gambar 4.19 Tahap menghitung faktor keamanan... 4-20 Gambar 4.20 Tahap output ... 4-21 Gambar 4.21 Nilai faktor keamanan dari analisis balik longsoran... 4-22 Gambar 4.22 Output perhitungan analisis balik ... 4-22 Gambar 4.23 Output perhitungan analisis balik ... 4-23 Gambar 4.24 Tahap pengaktifan bor pile1 ... 4-24 Gambar 4.25 Tahap pengaktifan bor pile1 ... 4-24 Gambar 4.26 Hasil perhitungan FK setelah pemasangan bor pile1... 4-25 Gambar 4.27 Output dari perhitungan setelah pemasangan bor pile1 ... 4-25 Gambar 4.28 Hasil perhitungan FK setelah pemasangan bor pile2... 4-26 Gambar 4.29 Output dari perhitungan setelah pemasangan bor pile2 ... 4-27 Gambar 4.30 Letak bor pile1 setelah dipindahkan ... 4-28 Gambar 4.31 Nilai FK pada pengaktifan borpile1 ... 4-28 Gambar 4.32 Hasil output FK borpile1 ... 4-29 Gambar 4.33 Hasil FK pengaktifan borpile2 ... 4-29 Gambar 4.34 Hasil Output FK borpile2... 4-30 Gambar 4.35 Pemindahan borpile1 ... 4-31 Gambar 4.36 Hasil FK borpile1 ... 4-31 Gambar 4.37 Hasil output FK borpile1 ... 4-31 Gambar 4.38 Hasil FK borpile2 ... 4-32 Gambar 4.39 Hasil output FK borpile2 ... 4-32 Gambar 4.40 Gaya - gaya pada borpile1 ... 4-33 Gambar 4.41 Gaya - gaya pada borpile2 ... 4-34 Gambar 4.42 Diagram borpile ... 4-35
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4-1 Hasil pengujian bor ... 4-5 Tabel 4-2 Kuat geser tanah tiap lapisan ... 4-7 Tabel 4-3 Sudut geser tiap lapisan ... 4-7 Tabel 4-4 Nilai berat isi tanah (Sumber : Budhu, 2011) ... 4-8 Tabel 4-5 Gamma tiap lapisan tanah ... 4-8 Tabel 4-6 Tabel parameter modulus elastisitas (Sumber :
http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/123456789/34318/Appendix.pdf?sequ ence=1 ) ... 4-9 Tabel 4-7 Modulus elastisitas tanah setiap lapisan ... 4-10 Tabel 4-8 Range angka poisson’s (Sumber : Braja M Das, ‘Principles of Foundation Engineering, Edisi ke-5 tahun 2004) ... 4-10 Tabel 4-9 Rangkuman parameter tanah ... 4-11
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data BM-1 ... L1-1 Lampiran 2 Data BH 39 ... L1-3
1-1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki wilayah yang luas, dan oleh karena itu prasarana umum, terutama transportasi, merupakan salah satu bentuk pendukung peningkatan laju ekonomi serta kesejahteraan masyarakat Indonesia. Dalam pelaksanaan konstruksi perkerasan jalan, kondisi tanah dan topografi wilayah merupakan tantangan yang bersifat unik untuk setiap proyek dan lokasinya.
Dalam proyek yang penulis tinjau,yakni proyek Jalan Tol Balikpapan – Samarinda, tanah yang dominan terdapat pada stratifikasi sepanjang stasiun 28+000 – 28+100 memiliki tanah berjenis clayshale. Hal ini menjadi suatu tantangan bagi pelaksanaan konstruksi dalam proyek tersebut karena Clayshale sendiri merupakan tanah ekspansif yang memiliki tingkat plastisitas tinggi. Hal tersebut mengakibatkan tanah clayshale mudah menyerap air yang menyebabkan gaya ekspansi baik secara volumetrik maupun gaya yang tinggi. Hal ini dapat membuat material tanah hancur dan lereng tinjauan mengalami kelongsoran.
Dalam analisa lereng ini, penulis akan menggunakan perangkat lunak, PLAXIS.
Perangkat lunak PLAXIS merupakan perangkat lunak yang berfungsi untuk menganalisa potensi longsoran secara 2 dimesi. Dalam analisanya, bentuk analisa yang akan digunakan merupakan back analysis, serta beberapa alternatif solusi untuk mencegah kelongsoran yang terjadi, seperti penggunaan bor pile sebagai dinding penahan tanah. Hasil dari perhitungan dan analisa kemudian akan dibandingkan faktor keamanannya oleh penulis.
.
1-2
1.2 Inti Permasalahan
Dari latar belakang yang di deskripsikan, dalam perancangan sebuah konstruksi ataupun sebuah pekerjaan di daerah lereng, kestabilan lerengnya merupakan hal utama agar lereng tersebut aman dan stabil untuk di gunakan, maka dari itu dibutuhkan perkuatan terhadap lereng yang tidak stabil agar aman digunakan.
Analisis perhitungan yang digunakan dalam desain perkuatan ini adalah menggunakan program komputer PLAXIS.
1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian
Adapun maksud dan tujuan dari penelitian adalah:
1.3.1 Maksud Penelitian
Maksud penelitian ini dibuat antara lain untuk:
1. Mengevaluasi lereng menggunakan data Bor.
2. Mencari nilai sudut geser dalam (ɸr) dengan melakukan analisis balik pada program plaxis 2D.
3. Mendesain Bor pile untuk mengatasi kelongsoran 1.3.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini dibuat antara lain untuk:
1. Mengetahui faktor penyebab longsoran akibat tanah lempung yang tersedimentasi.
2. Mendapatkan nilai sudut geser dalam (ɸr) dengan melakukan analisis balik pada program plaxis 2D.
3. Mendapatkan desain Bor pile untuk mengatasi kelongsoran akibat tanah lempung yang tersedimentasi.
1-3
1.4 Lingkup Pembahasan
Berdasarkan inti masalah dan latar belakang yang ada maka batasan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Objek penelitian adalah proyek Jalan Tol Balikpapan - Samarinda 2. Lokasi yang digunakan sebagai bahan analisis merupakan STA 28+025 3. Kelongsoran yang ditinjau merupakan kelongsoran 2 dimensi (2 –
dimensional analysis).
4. Analisis menggunakan perangkat lunak PLAXIS
5. Data material Bor pile menggunakan default yang ada dalam program PLAXIS.
6. Hasil penelitian berupa Faktor Keamanan setelah dipasang pengaman Bor Pile.
1.5 Metoda Penelitian
Penelitian ini menggunakan beberapa metode, yaitu:
1.5.1 Studi Literatur
Dalam penelitian ini dilakukan studi pustaka/literatur yang berasal dari buku – buku referensi, jurnal, internet, serta artikel – artikel yang berkaitan dengan penelitian.
1.5.2 Pengumpulan Data
Data yang digunakan pada skripsi ini didapatkan dari data proyek Jalan Tol Balikpapan - Samarinda. Pengumpulan data terdiri atas data tanah (N-SPT), data1- 2 topografi lokasi proyek (Jalan Tol Balikpapan - Samarinda), data bor, data pelapisan tanah, dan data konstruksi.
1.5.3 Pengolahan Data dan Analisis
Menentukan parameter sudut geser dalam residual (∅r) yang tepat dengan mengasumsikan faktor keamanan sama dengan satu (FK = 1) dengan menggunakan
1-4
program PLAXIS 2D. Serta mendesain perkuatan bor pile sehingga faktor keamanan sama dengan satu koma 5 (FK = 1.5)
1.6 Diagram Alir
Gambar 1.1 Diagram Alir
Mulai
Identifikasi Masalah
Studi pustaka : Clayshale Stabilitas lereng Longsor Bor pile back analysis
Pengumpulan data Data tanah Data topografi Data geometrik lereng Data konstruksi
Back Analysis
Rehabilitasi Lereng
Sudut Geser Tanah Residual Faktor keamanan Gaya - gaya pada borpile
Kesimpulan
Selesai
1-5
1.7 Sistematika Penulisan
Penulisan skripsi ini akan dibagi menjadi lima bab, yaitu:
Bab 1 Pendahuluan
Pada bab 1 akan dibahas mengenai latar belakang penelitian, inti permasalahan, tujuan penelitian, lingkup permasalahan yang dibahas dalam skripsi ini, metode penelitian yang digunakan, sistematika penulisan skripsi, serta diagram alir.
Bab 2 Studi Pustaka
Menjelaskan mengenai teori – teori yang berkaitan dengan stabilitas lereng, tanah clayshale, pengaruhnya terhadap kelongsoran, dan solusi yang dapat digunakan dalam mengatasi kelongsoran.
Bab 3 Metodologi Penelitian
Melakukan analisis terhadap data yang telah dikumpulkan dengan metode back analysis.
Bab 4 Data dan Analisis
Menjelaskan tentang pengolahan data tanah pada lokasi penelitian (Balikpapan – Samarinda) serta analisis kestabilan lereng. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan program software PLAXIS 2D.
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Mengambil kesimpulan dari hasil analisis yang telah dilakukan serta mengetahui solusi dari permasalahan yang di teliti.
Bab ini berisi tentang pengolahan serta analisis dan perhitungan. Yang digunakan untuk menghasilkan kestabilan pada lereng tersebut.
BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dari hasil analisis dan saran yang diperlukan.
2-1
BAB 2
DASAR TEORI
Stabilitas Lereng
Dalam setiap kasus tanah yang tidak rata yaitu terdapat dua permukaan tanah yang berbeda ketinggiannya, mengakibatkan komponen gravitasi dari berat cenderung menggerakan massa tanah dari elevasi yang lebih tinggi ke elevasi yang lebih rendah, dengan kata lain akan ada gaya-gaya yang bekerja mendorong, sehingga tanah yang lebih tinggi kedudukannya cenderung bergerak kearah bawah. Gaya Pendorong sendiri terdiri dari gaya berat, gaya muatan, dan gaya gempa.
Gaya penahan sendiri terdiri dari beberapa factor yaitu gaya geser, lekatan (kohesi), kekuatan geser tanah. Antara permukaan dari tanah yang lebih tinggi ke permukaan yang lebih rendah dihubungkan oleh suatu permukaan yang disebut
“Lereng”. Lereng sendiri terbagi dari 2 bagian, yaitu lereng yang terbentuk secara alamiah (misalnya lereng bukitdan tebing sungai) sedangkan lereng buatan manusia antara lain yaitu galian dan timbunan untuk membuat jalan raya dan jalan kereta api, bendungan, tanggul sungai dan kanal serta tambang terbuka.
Lereng Alam
Lereng alam merupakan suatu lereng yang terbentuk dengan sendirinya atau terjadi karena proses yang dihasilkan oleh alam itu sendiri. Lereng alam dapat mengalami kelongsoran akibat banyak factor seperti perubahan cuaca, perubahan topografi, aliran air tanah, dan penurunan kuat geser dari material tanah. Lereng ini kemudian tidak dapat mengimbangi gaya yang bekerja pada bidang longsor dan menyebabkan gelincir (Slide).
Lereng Buatan.
Lereng buatan merupakan lereng yang dibentuk oleh manusia demi pekerjaan dan kepentingan tertentu.
2-2
Kestabilan lereng merupakan salah satu permasalahan yang sering terjadi dalam pekerjaan rekaya konstruksi. Tujuan dari dibuatnya lereng diantaranya:
1. Meningkatkan keamanan dalam suatu perencanaan atau pembangunan.
2. Mengetahui potensi longsoran yang akan terjadi.
3. Menganalisis faktor – faktor penyebab kelongsoran yang sudah terjadi.
4. Mengetahui kemunginan untuk mendesai ulang lereng yang baru.
5. Mengevaluasi faktor – faktor lain selain tanah yang menyebabkan kelongosoran.
Lereng buatan dibedakan menjadi dua jenis, yaitu lereng akibat galian (CutSlope) dan lereng akibat timbunan (Embankment).
2.1.2.1 Galian (Cut Slope)
Lereng ini terjadi akibat dari perencanaan dari pekerjaan yang memotong tanah asli dengan kemiringan tertentu dan aman serta sekonomis mungkin.
Kestabilan tanah sangat bergantung dengan kondisi geologi, sifat material tanahm tekanan air pori, dan cara pemotongannya. Galian yang dipotong dengan sudut kemiringan yang besar (curam) akan mengakibatkan lereng yang tidak stabil tetapi ekonomis, sebaliknya jika sudut pemotongan kecil (landai) akan membuat lereng yang lebih stabil akan tetapi tidak ekonomis karena memakan biaya yang besar.
2.1.2.2 Timbunan (Embankment)
Lereng timbunan merupakan hasil dari pemadatan tanah pada pekerjaan konstruksi seperti jalan raya, jalan rel kereta api, dam, maupun tanggul. Sifat teknis suatu timbunan tanah dipengaruhi oleh metode penimbunan dan derajat kepadatan. Penimbunan ini biasanya digunakan sebagai upaya perbaikan tanah sehingga dapat meningkatkan daya dukung pondasi yang akan berdiri diatasnya. Pada lereng jenis ini perlu dianalisis untuk kondisi jangka pendek, kondisi jangka panjang, kondisi penurunan muka air tanah, dan gangguan gempa.
2-3
Kelongsoran / Land Sliding
Seperti yang didefinisikan oleh Cruden (1991) longsor adalah gerakan massa batuan, puing-puing atau tanah yang menuruni sebuah lereng. Varnes (1978) mendefinisikan tanah longsor sebagai gerakan material ke bawah dan keluar dari sebuah lereng dibawah pengaruh gravitasi. Longsor terjadi karena kekuatan geser tanah telah dilampaui, yaitu perlawanan kuat geser pada bidang gelincir tidak cukup kuat untuk menahan gaya-gaya yang bekerja pada bidang gelincir tersebut. Tanah yang bergerak mengalami longsoran merupakan tanah yang berada pada bidang gelincir.
Longsor pada umumnya terjadi pada daerah pegunungan, tetapi longsor juga dapat terjadi di daerah yang ada pekerjaan penggalian serta timbunan (cut and fill). Longsor mempunyai beberapa klasifikasinya, berikut klasifikasi longsor bedasarkan Varnes,1978:
2.2.1 Slide (Rotational , Translational Slide, dan Block Slide) 2.2.1.1 Rotational Slide
Rotational Slide adalah bergeraknya massa tanah dan batuan pada bidang gelincir berbentuk cekung ke atas, dan pergerakan longsornya secara umum berputar pada suatu sumbu yang sejajar dengan permukaan tanah, bentuk bidang longsornya seperti slope circle, toe circle, base circle.
2.2.1.2 Translational Slide
Translational Slide adalah bergeraknya massa tanah dan batuan pada bidang gelincir berbentuk rata dengan sedikit rotasi atau miring kebelakang, bentuk bidang gelincir dari translation slide adalah base circle, dan hampir lurus.
2.2.1.3 Block Slide
Block Slide adalah pergerakan batuan yang hampir sama dengan Translational Slide, tetapi massa yang bergerak terdiri dari blok-block yang koheren.
2-4
Gambar 2.1 Rotational Landslide - Translational Landslide – Block Slide (Highland and Johnson, 2004).
Fall
Fall merupakan gerakan secara tiba-tiba dari bongkahan batu yang jatuh dari lereng yang curam atau tebing. Pemisahan terjadi di sepanjang kekar dan perlapisan batuan. Gerakan ini dicirikan dengan terjun bebas, mental dan menggelinding.
Sangat dipengaruhi oleh gravitasi, pelapukan mekanik, dan keberadaan air pada batuan.
Topples
Gerakan ini dicirikan dengan robohnya unit batuan dengan cara berputar kedepan pada suatu titik sumbu (bagian dari unit batuan yang lebih rendah) yang disebabkan oleh gravitasi dan kandungan air pada rekahan batuan.
2-5
Flows (Aliran)
Flows sendiri terbagi atas 5 kategori:
2.2.4.1 Debris Flow
Debris Flow merupakan bentuk gerakan massa yang cepat dimana campuran yang gembur, batu, dan organic, udara, dan air bergerak seperti bubur yang mengalir pada suatu lereng. Debris flow biasanya disebabkan oleh aliran permukaan air yang intens, karena hujan lebat atau pencairan salju yang cepat, yang mengikis dan memobilisasi tanah gembur atau buatan pada lereng yang curam.
2.2.4.2 Debris Avalanche
Debris Avalance adalah longsoran es pada lereng yang terjal. Jenis ini adalah merupakan jenis aliran debris yang pergerakan nya terjadi sangat cepat.
2.2.4.3 Earthflow
Earthflow berbentuk seperti “jam pasir”. Pergerakan memanjang dari materi halus atau batuan yang mengandung mineral lempung di lereng moderat dan dalam kondisi jenuh air, membentuk mangkuk atau suatu depresi di bagian atasnya.
2.2.4.4 Mudflow
Mudflow adalah sebuah luapan lumpur (hampir sama seperti Earthflow) terdiri dari bahan yang cukup basah, mengalir cepat dan terdiri dari setidaknya 50% pasir, lanau, dan partikel berukuran tanah liat.
2.2.4.5 Creep
Creep adalah perpindahan tanah atau batuan pada suatu lereng secara lambat dan stabil. Gerakan ini disebabkan oleh shear stress, pada umumnya terdiri dari 3 jenis, yaitu sebagai berikut :
2-6
2.2.4.5.1 Seasonal
Seasonal dimana gerakan berada dalam kedalaman tanah, dipengaruhi oleh perubahan kelembaban dan suhu tanah yang terjadi secara musiman.
2.2.4.5.2 Continous
Continous dimana shear stress terjadi secara terus menerus (continue) melebihi ketahanan material longsoran
2.2.4.5.3 Progressive
Progressive dimana lereng mencapai titik failure untuk menghasilkan suatu gerakan massa. Creep ditandai dengan adanya batang pohon yang melengkung, pagar atau dinding penahan yang bengkok dan adanya riak tanah kecil atau pegunungan.
Gambar 2.2 Debris Flow, Debris Avalance, Earthflow, Creep
Lateral Spreads
Lateral Spreads umumnya terjadi pada lereng yang landai atau medannya datar. Gerakan utamanya adalah ekstensi lateral yang disertai dengan kekar geser atau kekar Tarik. Ini disebabkan oleh liquifaksi (suatu proses dimana tanah menjadi jenuh terhadap air), loose, kohesi sedimen (biasanya pasir dan lanau) perubahan dari padat ke keadaan cair.
2-7
Clayshale
Clayshale adalah jenis tanah yang terbentuk akibat litifikasi tanah yang mengalami sedimentasi kemudian berubah menjadi batuan yang material pembentuknya terkompaksi (consolidated). Clayshale terkenal atas masalah karakteristiknya yang dapat bersifat rapuh dan durabilitas yang rendah. Maka dari itu clayshale sering menjadi alasan dari muncul nya masalah – masalah geoteknik seperti pemilihan material timbunan, daya dukung pondasi dangkal dan dalam, kestrabilan lereng, dan lain – lain. Clayshale sangat dipengaruhi oleh kadar air di dalamnya, clayshale akan menyusut dalam keadaan kering dan akan mengembang dalam kondisi kadar air tinggi.
Shale merupakan bentukan dari partikel berukuran lempung yang memiliki diameter lebih kecil dari 2 (ASTM). Batuan shale ini mudah terfragmen dalam bentuk lembaran – lembaran fragmen bila mengalami kontak langsung dengan udara luar. Komponen dominan dari batuan shale adalah quarts, feldspar, calcite, dan lempung. Shale dapat mengalami proses disintegrasi apabila terekspos dengan udara luar dalam jangka waktu cukup lama. Shale yang pada awal nya merupakan batuan sedimen dapat berubah menjadi tanah residual apabila berdisintegrasi kembali menjadi lanau atau lempung. Dalam hal ini stabilitas shale umumnya akan menjadi perhatian apabila material ini digunakan sebagai pondasi (Cernica, 1990).
Dalam menganalisis clayshale dapat diperlakukan sebagai lempung terutama dalam menentukan perilaku dan gradasi lempung penyusunnya.
Clay dan clayshale merupakan produk dari hasil sedimentasi, akan tetapi terdapat perbedaan antara clay dan clayshale. Perbedaan antara keduanya terletak pada proses pembentukannya yaitu :
1. Clay secara geologi dapat terbentuk tidak dengan proses densifikasi material sedimentasi (geologi, unconsolidated) dan merupakan partikel dengan ukuran lebih kecil dari 0,002 mm (ASTM).
2. Clayshale terbentuk akibat proses diagenesis tanah sedimentasi menjadi batu dan material pembentuknya mengalami proses kompaksi (geologi, consolidated) dan terfregmentasi lapis demi
2-8
lapis. Oleh karena itu, clayshale memiliki sifat anistopi dengan kandugan material penyusunnya berukuran lempung. Clay merupakan produk dari clayshale. Proses diagenesis adalah proses perubahan pada material sedimentasi pada akhirnya deposisinya dimana pada saat inilah deposisi dapat berubah menjadi batuan sedimen. Istilah diagenesis adalah sama dengan litifikasi.
Ciri – ciri umum clayshale adalah fisiknya yang berbentuk fragmen – fragmen tipis, overconsolidated (OCR) tinggi, potensi slaking tinggi, kuat tekan uniaksial (qu) dapat menjadi rendah, potensi terjadinya longsoran besar, absorsi air dan swelling relatif tinggi tergantung jenis materialnya, dan sensitif terhadap perubahan tegangan yang dapat menyebabkan terjadinya rebound.
Perilaku clayshale dimasukkan sebagai lempung terkonsolidasi lebih (overconsolidated) menurut Johnson (1964), Bjerrum (1966), dan US Army (1966). Terdapat dua sifat clayshale yang berbeda berdasarkan sejarah geologi nya, yaitu:
1. Unweathered clayshale
Unweathered clayshale terjadi akbiat adanya peningkatan beban overburden secara bertahap sehingga menyebabkan lempung menjadi terkonsolidasi selama peningkatan beban tersebut sampai mencapai beban konsolidasi maksimum. Tegangan yang dicapai pada kondisi maksimum ini disebut sebagai tegangan prakonsolidasi (pc). Lamanya waktu selama proses perubahan tegangan menyebabkan lempung mencapai kadar air keseimbangan.
2. Weathered clayshale
Proses pelapukan lempung terkonsolidasi dengan ikatan diagenetik.
Terdapat dua fase yaitu disitegrasi dimana struktur yang hancur akibat hilangnya ikatan antar partikel, dan fase perubahan kimiawi. Regangan yang terjadi akibat proses fisis merupakan faktor utama penyebab hancurnya ikatan diagenetik.
2-9
Upaya Mitigasi Kelongsoran
Kelongsoran yang terjadi pada lereng tentunya akan mengganggu kestabilan lereng yang ada. Selain itu kestabilan lereng sendiri tentunya akan berpengaruh terhadap konstruksi yang berada di area lereng. Oleh karena itu perlu nya dilakukan upaya mitigasi terhadap kelongsoran yang mungkin dapat terjadi lagi.
Mitigasi adalah serangkaian upaya yang perlu dilakukan untuk mengurangi risiko bencana, baik melalui pembangunan fisik maupun penyadaran dan peningkatan kemampuan menghadapi ancaman kelongsoran.
Upaya yang dapat dilakukan untuk menhadapi kelongsoran agar tidak terjadi lagi salah satunya adalah dengan melakukan pemasangan bor pile.
Karakteristik Pondasi Tiang Bor
Ada beberapa karakteristik unik yang membedakan tiang bor dengan taing pancang karena cara pelaksanaanya yang berbeda :
1. Tiang pancang dimasukan dengan cara mendesakkan tiang pancang ke dalam tanah sedangkan tiang bor menggali lubang bor lalu dimasukan material beton
2. Pengecoran beton dilakukan dalam keadaan basah di dalam tanah dan mengalami masa curing di bawah tanah.
3. Casing digunakan dalam pelaksanaan tiang bor untuk menjaga stablitas dinding lubang bor dan terkadang casing tidak dicabut karena kesulitan dalam pencabutannya.
4. Kadang-kadang digunakan slurry untuk menjaga stabilitas lubang bor agar tidak terjadi lumpur pada dinding galian.
5. Cara penggalian lubang bor disesuaikan dengan kondisi tanah Masalah Pada Tiang Bor
Dalam pelaksanaannya, tiang bor masih ada beberapa masalah yang belum bisa dijawab
1. Besarnya reduksi kuat geser tanah akibat cara pemboran yang berbeda.
2. Efek migrasi air dari beton ke dalam tanah.
2-10
3. Pengaruh dari teknik pelaksanaan.
4. Pemikulan beban di dasar tiang bor.
Keuntungan Pondasi Tiang Bor
Pondasi tiang bor memilik banyak keuntunga. Keuntungan – keuntungan tersebut tercantum dalam buku Manual Pondasi Tiang, diantaranya adalah :
1. Ada berbagai macam metode desain yang dikembangkan untuk menyesuaikan pembebanan dan kondisi tanah yang ada.
2. Kepastian penentuan kedalaman elevasi ujung pondasi atau lapisan pendukung. Penentuan lokasi yang pasti dari penggalian untuk pondasi tiang bor dapat diinspeksi atau diukur, sedangkan pada pondasi tiang pancang lokasi dapat menyimpang dari lokasinya akibat adanya lapis batuan, batu besar dan faktor-faktor lainnya.
3. Inspeksi tanah hasil pemboran. Keandalan dari desain pondasi hanya baik bila kondisi tanah diketahui. Pada pondasi tiang bor saat penggalian atau pemboran dapat dilakukan pemeriksaan mengenai jenis tanah untuk dibandingkan dengan jenis tanah yang digunakan dalam perencanaan.
4. Tiang bor bisa menembus berbagai macam tanah karena pemboran dapat dilakukan pada tanah kerikil dan breksi serta batuan.
5. Ramah lingkungan karena suara, getaran dan gerakan dari tanah sekitarnya tidak terlalu terganggu.
6. Dalam pelaksanaanya kontraktor dapat mengubah spesifikasi pondasi tiang bor dengan mudah (diameter dan Panjang tiang bor) akibat hal – hal yang tidak terduga.
7. Umumnya daya dukung yang amat tinggi memungkinkan perencanaan satu kolom dengan dukungan satu tiang (one column one pile), sehingga dapat menghemat kebutuhan untuk pile cap.
8. Kepala atau bagian tiang dapat diperbesar bila diperlukan, misalnya untuk meningkatkan inersia terhadap momen.
9. Kaki atau ujung bawah tiang dapat diperbesar untuk meningkatkan daya dukung ujung tiang, baik dalam pembebanan tekan maupun tarik.
10. Tiang bor dengan diameter 0,5 hingga 6 m sudah dapat dibuat.
2-11
11. Tidak ada resiko penyembulan (heaving).
Pelaksanaan Pondasi Tiang Bor
Tentunya kontraktor – kontraktor mempunyai cara dan alat – alat yang berbeda dalam pembuatan tiang bor, semua bergantung dari proyek yang dilaksanakan.
Konsultan pun juga harus mengetahui metode – metode yang digunakan dalam pelaksanaan pondasi tiang bor agar mereka bisa mengetahui kapan dan dimana lokasi pemboran dilakukan. Para konsultan dan kontraktor harus bisa bekerja sama bahwa semua yang direncanakan semua berhubungan dengan metode pelaksanaannya karena metode dan penggunaan jenis alat dalam pembuatan pondasi tiang bor bisa berpengaruh dalam kapasitas pondasi.
2.4.4.1 Peralatan Pemboran
Ada banyak alat pemboran, namun ada alat - alat pada umumnya hanya bisa digunakan pada kondisi tanah tertentu dan juga ada beberapa dimana kondisi tanah hanya bisa digunakan teknik pemboran tertentu saja. Alat yang sangat umum diguanakan dalam pembuatan pondasi tiang bor ialah Flight Auger terlihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Alat Pembor Ringan (flight auger) (sumber: www.digga.com)
Cara kerjanya, auger akan berputar masuk ke tanah sampai terisi penuh oleh tanah, kemudian ditarik kembali ke atas dan diayun agar tanah yang menempel
2-12
lepas dari pisaunya. Alat ini sangat baik digunakan pada jenis tanah dan batuan lunak, tetapi jika di lapangan didapati kesulitan berupa kondisi tanah atau batuan yang berbeda pada saat pemboran berlangsung, kontraktor dapat mengganti auger atau pisaunya dengan jenis yang lebih baik. Pisau berbentuk spiral yang meruncing, akan membantu dalam pemboran tanah yang keras dan batuan.
Adapun alat-alat bantu pemboran lainnya, alat-alat tersebut diantaranya:
1. Bucket auger fungsi dari alat ini ialah mengumpulkan hasil galian tanah ke dalam keranjang (Bucket) berbentuk spiral. Pengumpulan galian tanah dilakukan dengan cara mengambil tanah dari lubang bor ke atas dan dibuang. Alat ini sangat efektif pada tanah pasir. Alat ini dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Bucker Auger (sumber: http://www.chinaunimate.com/)
2. Belling buckets atau under-reamer Alat ini mempunyai kemampuan khusus karena mampu membuat lubang bor dengan ukuran yang lebih besar pada bagian dasarnya. Pembesaran ukuran pada dasar ini biasanya disebut bells atau underreams. Alat seperti pada Gambar 2.5.
2-13
Gambar 2.5 Under-reamer (sumber: http://www.battendrilling.com)
3. Core barrels merupakan alat pemotong berbentuk lingkaran, fungsi dari alat ini membuat dan menggali tanah agar berbentuk silinder. Alat ini biasanya digunakan pada tanah dan batuan keras. Alat seperti pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Bore barrels (sumber: http://www.chinaunimate.com/)
4. Multiroller Alat ini hanya digunakan untuk memecah batuan keras.
5. Cleanout fungsi dari alat ini untuk memindahkan hasil galian akhir dari lubang bor dan membuat dasar lubang bor menjadi lebih bersih. Tiang tahanan ujung membutuhkan tipe bucket seperti ini. Alat seperti pada Gambar 2.7.
2-14
Gambar 2.7 Cleanout bucket (sumber: http://www.smhainco.com)
2.4.4.2 Metode Konstruksi Tiang Bor
Cara yang biasa digunakan dalam membuat pondasi tiang bor ialah dengan cara membor tanah setelah itu langsung dilakukan pengecoran beton. Namun cara ini membatasi kedalaman dan jenis tanah yang dapat digali atau dibor sehingga cara ini biasanya hanya digunakan untuk banungan rumah atau bangunan ringan.
Semakin lama teknologi semakin maju sehingga ditemukannya lah alat – alat baru dalam teknik sipil, termasuk ala – alat pemboran. Ditemukannya alat – alat bor modern ini tentunya sangat membantu dalam pelaksanaan konstruksi.
Berikkut tiga buat metode konstruksi tiang bor:
1. Pelaksanaan dengan Cara Kering (Dry Method)
Cara ini sesuai untuk jenis tanah yang elevasi muka air tanahnya berada di bawah dasar lubang bor dan tanah yang kohesif, atau jika permeabilitas tanah sangat kecil. Sehingga pengecoran beton bisa dilkukan sebelum air tanah masuk ke dalam lubang bor.
2. Pelaksanaan dengan Casing
Casing digunakan jika terdapat runtuhan tanah (Caving) yang banyak pada lubang bor. Sebelum casing masuk slurry perlu dipertahankan, dan untuk kasus – kasus tertentu casing harus dimasukkan dengan menggunakan alat penggetar (Vibrator). Panjang casing harus dapat menutupi bagian tanah yang dapat runtuh akibat penggalian, dan casing juga diperlukan apabila
2-15
terdapat tekanan artesis. Terkadang casing sulit dicabut kembali bila beton sudah mengalami setting, tetapi sebaliknya, casing tidak boleh dicabut mendahului elevasi beton karena tekanan air di sekeliling dinding karenaa dapat menyebabkan curing beton tidak sempurna. Berikut adalah gambar bantuan casing ditunjukkan pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Pembuatan Tiang Bor dengan Menggunakan Casing (sumber: Fleming, Weltman, Randolph, dan Elson 2009)
3. Pelaksanaan dengan Slurry
Metode ini diperlukan untuk kondisi yang membutuhkan casing. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pelaksanaan dengan slurry ialah tinggi slurry dalam lubang bor harus mencukupi untuk memberikan tekanan yang lebih tinggi dari tekanan air di sekitar lubang bor. Bentonit adalah bahan yang umum digunakan sebagai slurry dengan mencampurkannya dengan air. Biasanya untuk membentuk campuran slurry dengan berat isi 1.05~1.10 ton/m3 digunakan bentonit. Pada penggunaan slurry, biasanya hal yang diinginkan tidak membiarkan slurry terlalu lama dalam lubang galian, agar campuran tersebut tidak menyebabkan suatu bentuk bahan kental (cake) yang menempel pada dinding lubang bor. Karena hal tersebut dapat mengurangi kapasitas gesekan selimut tiang bor. Bila lubang bor telah siap, maka anyaman tulangan segera dimasukkan, diikuti dengan memasukkan tremi dan beton siap dicorkan ke dalamnya. Langkah-langkah pelaksanaannya diberikan pada Gambar 2.9.
2-16
Gambar 2.9 Pembuatan tiang bor dengan menggunakan slurry (sumber:
http://www.sanwakizai.co.jp/)
Dinding Penahan Tanah pada Galian Dalam
Pada pelaksanaan konstruksi basement atau galian yang dalam, terdapat beberapa pilihan dinding penahan tanah yang dapat digunakan. Setiap jenis dinding penahan tanah memiliki karakteristik masing - masing. Dalam pemilihannya diding penahan tanah harus mempertimbangkan banyak hal seperti kondisi lingkungan, waktu konstruksi yang diizinkan biaya yang tersedia, dan ketersediaan peralatan konstruksi sehingga dapat dihasilkan desain yang paling tepat (Ou, 2006).
Tentunya dinding penahan tanah memiliki kelebihan dan kekurangan dalam pelaksanaannya. Jenis-jenis dinding penahan tanah yang paling umum digunakan pada pekerjaan galian adalah dinding diafragma, soldier piles, column piles, dan sheet piles ‘turap’.
Soldier piles merupakan penahan tanah yang umum digunakan dalam pekerjaan galian. Soldier piles umumnya tersusun atas profil baja IWF dengan timber lagging ‘kayu penahan’. Kelebihan soldier piles adalah pelaksanaannya yang lebih cepat dan lebih mudah dibandingkan dinding diafragma. Sedangkan kekurangannya adalah sealing ‘penyegelan’ profil baja dengan kayu penahan sangat sulit.
Column piles adalah dinding penahan tanah yang dibentuk dengan menggunakan barisan tiang beton, baik insitu casting maupun precast.
2-17
Kelebihan penggunaan column piles adalah pelaksanaannya lebih ramah lingkungan dibandingkan pelaksanaan soldier piles dan turap. Selain itu juga kedalaman column piles mudah disesuaikan dengan rencana.
Kekurangan column piles adalah pelaksanaannya yang membutuhkan waktu lebih lama daripada pelaksanaan turap dan soldier piles, serta kekakuannya lebih rendah jika dibandingkan dengan dinding diafragma.
Sheet piles atau turap merupakan dinding penahan tanah yang umumnya tersusun atas profil baja bentuk U dan bentuk Z yang dibenamkan ke dalam tanah dengan cara dipukul ataupun dengan vibration ‘getaran’. Kelebihan turap baja sebagai dinding penahan tanah adalah kedap air serta profil baja dapat digunakan berulang kali. Sedangkan kekurangannya adalah memiliki kekakuan yang lebih rendah dibandingkan dengan column piles dan dinding diafragma, serta rentan terhadap settlement akibat pemukulan apabila tanah pada lokasi pekerjaan adalah tanah berpasir.
Dinding diafragma memiliki kelebihan yaitu pelaksanaan yang rendah polusi dan getaran, serta kekakuan yang cukup tinggi sehingga deformasi dinding relative kecil. Sedangkan kekurangan dari dinding diafragma sebagai penahan tanah adalah pada pelaksanaannya dibutuhkan waktu yang cukup lama dan biaya yang besar karena menggunakan peralatan konstruksi yang masif.
Penggunaan Soldier Piles sebagai Dinding Penahan Tanah
Soldier piles beton sebenarnya mirip dengan metode konstruksi bored piles, yaitu melakukan pengeboran sampai ke kedalaman rencana dengan mesin, menaruh rangka tulangan baja di dalamnya, lalu dicor beton menggunakan pipa tremie.
Metode lain yang dapat digunakan pada konstruksi soldier piles beton adalah metode reverse circulation drill, yaitu dengan memasukkan cairan penstabil ke dalam lubang bor untuk menstabilkan dinding lubang. Konstruksi soldier piles juga bisa menggunakan metode all casing, yaitu dengan memasang casing sepanjang kedalaman tiang. Diameter soldier piles beton yaitu berkisar 60-200 cm (Ou, 2006).
2-18
Soldier piles beton merupakan barisan tiang-tiang beton yang mempunyai pola susunan Setiap pola susunan ini memiliki karakteristik tersendiri. Pola susunan soldier piles yang umum digunakan adalah sebagai berikut:
Pola independen: Sebagaimana yang terlihat pada gambar, pola jenis ini memiliki karakter permeabel. Oleh karena itu, jika galian pada tanah yang permeabel dan memiliki muka air tanah yang tinggi, perlu dilakukan dewatering. Namun demikian, pola ini sangat cocok digunakan pada tanah yang cukup kuat, seperti gravel soils ‘tanah berkerikil’.
Pola ‘S’: Merupakan modifikasi dari pola independen yaitu dengan menambahkan tiang pada setiap jarak antara dua tiang seperti yang dapat dilihat pada gambar. Pola ini disebut juga dengan tangent piles. Metode pelaksanaan dengan metode ini cukup mudah. Di sisi lain, pola ini masih permeabel karena ketidakberaturan susunannya sehingga grouting perlu dilakukan.
Pola garis: Termasuk jenis tangent piles, tiang saling terhubung dengan membentuk sebuah garis. Pola ini juga merupakan pola yang paling umum digunakan. Karena memiliki karakter permeabel, grouting sering dilakukan untuk mengatasi masalah ini.
Pola overlapping ‘tumpang tindih’: Sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 2.10, setelah tiang no. 1,2, dan 3 selesai dikonstruksi, lakukan konstruksi untuk tiang no. 4,5, dan 6 sesuai urutan sebelum beton mengeras. Pola ini disebut juga dengan secant piles. Pola ini memiliki karakter cukup impermeabel.
Pola mixed ‘campuran’: Pola ini merupakan kombinasi dari pola independen dengan jet grouting atau soil-mixed wall.
2-19
Gambar 2.10 Pola susunan soldier piles: (a) pola independen, (b) pola huruf ‘S’, (c) pola garis, (d)pola tumpang tindih, (e) pola campuran. (Sumber: Ou, C.Y., 2006)
3-1
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga atau Finite Element Method adalah, adalah prosedur numerik yang dapat dipakai untuk menyelesaikan masalah – masalah dalam bidang rekayasa (engineering) baik itu teknik maupun fisika matematis.
Cakupan permasalahannya meliputi analisa struktur, heat transfer, aliran fluida, perpindahan massa, elektromagnetik. Metode ini umumnya digunakan untuk masalah – masalah rekayasa dimana exact solution atau analytical solution tidak dapat menemukan jawabannya, seperti contohnya permasalahan kompleks dari geometri, pembebanan, dan sifat material, sulit untuk diselesaikan secara matematis. Penyelesaian matematis akan menghasilkan persamaan untuk mendapatkan informasi atau penyelesaian dari nilai yang tidak diketahui disetiap lokasi pada bagian struktur atau objek. Berikut tahapan – tahapan yang dilakukan dalam melakukan analisa metode elemen hingga.
Tahap Pra-proses (Pre-processing Phase)
Pada tahap pra-proses, secara umum yaitu penentuan model dan termasuk:
Tentukan daerah analisis/ domain dari permasalahan yang akan dianalisis.
Tentukan jenis elemen yang digunakan pada model.
Tentukan parameter elemen-elemen (parameter tanah dan struktur).
Tentukan geometri elemen (panjang, diameter, inersia, berat struktur, dan ketebalan setiap lapisan tanah).
Tentukan keterkaitan antar model (mesh model, yaitu setiap elemen dibagi menjadi bagian yang lebih kecil ditandai dengan nodal-nodal sebagai penghubung antar elemen).
Tentukan boundary conditions ‘kondisi batas’.
Tentukan beban (meliputi lokasi beban dan besar beban).
3-2
Tahap pra-proses (pendefinisian model) merupakan salah satu tahap yang krusial.
Apabila identifikasi masalah keliru sejak awal, maka sekalipun perhitungan dengan metode elemen hingga dilakukan dengan sempurna, maka hasil perhitungan tersebut tidak akan memberikan arti apapun (Hutton, 2003).
Tahap Soulusi (Solution Phase)
Selama pada tahap solusi, software elemen hingga menyusun persamaanpersamaanelemen dalam bentuk matriks dan menghitung primary unknown. Setelah mendapatkan nilai primary unknown, nilai primary unknown ini kemudian disubstitusikan ke dalam persamaan secondary unknown, seperti gaya (F), dantegangan (σ) elemen (Hutton, 2003).
Tahap Pasca-Proses (Post-processing Phase)
Analisis dan evaluasi output metode hingga termasuk pada tahap pasca-proses.
Software dapat menampilkan hasil perhitungan dalam bentuk grafik, tabel, maupun gambar. Karena hasil analisis data dapat dimanipulasi dengan berbagai cara, hal utama yang harus dilakukan adalah melakukan engineering judgement dalam menentukan apakah output dapat diterima secara logis atau tidak (Hutton, 2003).
Analisis Balik
Untuk melakukan suatu desain di atas tanah yang pernah mengalami longsor, biasanya agar desain tersebut aman dari sisi konservatif, maka parameter yang digunakan adalah parameter kuat geser tanah paling jelek kondisinya, atau dengan kata lain parameter yang digunakan adalah parameter kuat geser tanah tepat pada saat runtuh atau pada saat terjadinya longsor.
Untuk mendapatkan parameter tanah pada saat runtuh atau longsor tersebut, maka dilakukan analisis balik. Analisis balik adalah suatu cara perhitungan dengan mencoba-coba memasukan parameter tanah yang telah mengalami longsor, hingga diperoleh faktor keamanan sama dengan satu (FK = 1) dan bidang gelincir yang terjadi mendekati dengan bidang gelincir yang terjadi dilapangan. Cara melakukan
3-3
analisis balik adalah menggambar terlebih dahulu bidang gelincir yang telah diketahui bentuk dan kedalamannya di lapangan, kemudian dengan menggunakan bidang gelincir tersebut lakukan analisis sampai faktor keamanan sama dengan satu (FK = 1).
Langkah-langkah untuk melakukan analisis balik adalah sebagai berikut:
1. Sebagai patokan awal, gunakan parameter tanah yang diperoleh dari hasil penyelidikan tanah, namun bila analisis balik yang digunakan menggunakan effectif stress analysis, maka harus dicari berupa nilai parameter efektifnya.
2. Hitung factor keamanan (FK) dengan menggunakan parameter tanah tersebut.
3. Jika factor keamanan (FK) tidak sama dengan satu, maka lakukan analisis dengan mencoba-coba memasukan parameter tanah dengan mengatur nilai c’
(kohesi) mendekati 0, karena pada bidang gelincir suatu longsoran nilai kohesi adalah sama dengan nol, yang ada hanya friksi. Oleh karena itu, usahakan nilai kohesi mendekati nol, dan hanya mengubah nilai sudut geser dalam saja.
4. Lakukan hal tersebut hingga factor keamanan sama dengan satu.
5. Hasil dari analisis balik adalah sudut geser dalam residual (ɸ’r)
Untuk kasus longsoran, analisis balik penting karena dengan cara ini parameter kuat geser tanah pada saat runtuh yang relevan bias didapatkan, dimana dengan tes laboratorium konvensional parameter tersebut tidak bisa didapat.
Komponen model analisis dari lereng yang mengalami longsor adalah:
- Geometri longsoran, termasuk didalamnya perlapisan tanah, bidang gelincir, dan lokasi batas antar material
- Tekanan air pori pada bidang runtuh pada saat runtuh
- Beban-beban yang bekerja pada saat runtuk, berat volume tanah pada peristiwa longsoran
- Kekuatan material sepanjang bidang runtuh
3-4
Setelah melakukan analisis balik, dilakukan juga desain Bor pile untuk menahan longsoran sehingga didapat Faktor keamanannya sekitar 1.3 – 1.5.
Manual Plaxis 2D
Plaxis adalah paket program finite elemen untuk analisa 2 dimensi dari deformasi dan stabilitas dalam rekayasa geoteknik. Dengan program ini kita dapat mengetahui faktor keamanan dari suatu lereng. Plaxis mulai dikembangkan sekitar tahun 1987 di Technical University of Delfy atas inisiatif dari Dutch Departement of Public Works and Water Management. Plaxis adalah program elemen hingga untuk aplikasi geoteknik dimana digunakan modelmodel tanah untuk melakukan simulasi terhadap perilaku dari tanah. Program plaxis dan modelmodel tanah didalamnya telah dikembangkan dengan seksama. Meskipun pengujian dan validasi telah banyak dilakukan, tetap tidak dapat dijamin bahwa program plaxis telah bebas dari kesalahan. Simulasi permasalahan geoteknik dengan menggunakan metode elemen hingga sendiri telah secara implisit melibatkan kesalahan pemodelan dan kesalahan numerik yang tidak dapat dihindarkan. Akurasi dari keadaan sebenarnya yang diperkirakan sangat bergantung pada keahlian dari pengguna terhadap pemodelan permasalahan, pemahaman terhadap modelmodel tanah serta keterbatasannya, penentuan parameter-parameter model, dan kemampuan untuk melakukan interpretasi hasil komputasi.
Dalam penelitian ini, penulis menggunakan plaxis 2D untuk menganalisis balik longsoran yang terjadi pada proyek Jalan Tol Balikpapan - Samarinda STA 28+000 sampai dengan STA 28+100.
4-1
BAB 4
ANALISIS DATA
Deskripsi Proyek
Data proyek yang digunakan pada skripsi ini berasal dari proyek Wika di Kalimantan. Permasalahan di proyek ini ialah terjadi longsoran pada lereng yang berlokasi di jalan akses antar kawasan Balikpapan – Samarinda STA 28+000 sampai dengan STA 28+1000. Pada tanggal 17- 20 Mei 2017 PT Madya Mangunkarsa melakukan kunjungan ke lapangan untuk mengetahui kondisi lereng dan mengumpulkan informasi yang diperlukan dalam rangka mengevaluasi lereng dengan pengujian Bor. Lokasi longsoran di proyek dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Lokasi proyek (Sumber: Madya Mangunkarsa)
4-2
Penyelidikan Tanah Pengamatan Lereng
Pengamatan lereng dilakukan di STA 28+000 – STA 28+100. Dari kondisi lereng dan gambar topografi dapat diketahui bahwa longsoran terjadi pada lereng sisi jalan tol , dengan perbedaan elevasi antara jalan dan elevasi kaki lereng mencapai ± 18 meter. seperti Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.
Gambar 4.2 Bird View Longsoran di STA 28 + 000 – STA 28+100 (Sumber: PT. Madya Mangunkarsa)
Gambar 4.3 Suvey Geoteknik di STA 28+000 – STA 28 + 100 (Sumber: PT. Madya Mangunkarsa)
4-3
Dari pola longsoran yang diamati di lapangan, terlihat ada retakan yang merupakan bidang awal dari longsoran. Bidang longsoran diperkirakan terjadi pada kedalaman 5 – 6 meter dan merupakan pergerakan translasi. Zona pergerakan ini disebut sebagai zona aktif longsoran. Keberadaan zona aktif ini dikonfirmasi oleh hasil pengujian bor dan survey geoteknik.
Pengujian Tanah
Pengujian tanah dilakukan pada 2 titik, yaitu BH – 39 dan BM.1. Lokasi titik pengujian tanah dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5.
Gambar 4.4 Lokasi titik pengujian tanah (Sumber: Data Madya Mangunkarsa)
4-4
Gambar 4.5 Tampak samping lokasi titik pengujian tanah (Sumber: PT. Madya Mangunkarsa)
Dari pengujian bor BM.1, di kedalaman 0 – 6 meter dan pengujian bor BH-39 di kedalaman 0 - 2 metermemiliki nilai N-SPT yang kecil dan pengujian bor BH-39 di kedalaman 6 – 20 meter dan pengujian bor BM.1 di kedalaman 2 - 20 meter memiliki nilai N-SPT yang besar (Gambar 4.6). Darri pengamatan lereng dan analisa bor dapat disimpulkan bahwa pada kedalaman 5 – 7 meter merupakan bidang gelincir atau bidang yang sewaktu-waktu akan terjadi longsor.
Gambar 4.6 Hasil pengujian BH 39 (kiri) dan BM 1 (kanan) (Sumber: PT. Madya Mangunkarsa) 0
5
10
15
20
25
0 50 100
Kedalaman (m)
N-SPT
BH 39
0
5
10
15
20
25
0 50 100
Kedalaman (m)
NSP-T
BM 1
4-5
Lapisan tanah dari hasil pengujian Bor dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4-1 Hasil pengujian bor
Bor Hole Kedalaman Deskripsi Tanah NSPT
BM 1
0.0 - 1.5 Lempung, butir halus, keras 10
1.5 - 3.0 Laterit, butir kasar 27
3.0 - 4.5 Lempung, butir halus, keras sekali 37 4.5 - 6.0 Lempung, butir halus, keras sekali 50 6.0 - 20.0 Lempung, butir halus, keras sekali >60
BH39 0-20 Lempung, plastisitas tinggi, keras
sekali >60
(Sumber: PT. Madya Mangunkarsa)
Berdasarkan hasil pemboran, diketahui bahwa material dari seluruh lereng merupakan material clayshale. Material ini memiliki kemampuan kembang – susut yang sangat besar. Selain itu, material ini sangat sensitif terhadap air. Perkiraan mekanisme pergerakan terjadi akibat frekuensi curah hujan yang tinggi dan kontinu sehingga menyebabkan genangan dan terjadinya infiltrasi air hujan ke lapisan tersebut. Tereksposnya clayshale atau adanya infiltrasi air yang tidak dapat segera teralirkan (karena kondisi tanah clayshale yang impermeabel) menyebabkan material ini menjadi lumpur. Hal ini menyebabkan penurunan kekuatan tanah dan membuat lereng menjadi tidak stabil.
Perkiraan Parameter Tanah dari N-SPT
Sebagaimana uji lapangan yang lain, nilai N-SPT telah digunakan dalam korelasi dengan berat isi, modulus elastisitas tanah, sudut geser dalam tanah dan parameter kohesi tak teralir dan efektif berdasarkan hubungan empiris. Berikut adalah tabel- tabel dan grafik-grafik korelasi empiris yang sering digunakan untuk interpretasi hasil uji SPT.
4-6
Kuat Geser Tak Teralir (Cu) dan Kuat Geser Efektif (C')
Parameter tanah Cu merupakan parameter tanah yang penting untuk diperoleh dalam melakukan proses analisis desain dari sebuah perilaku tiang pondasi terhadap beban lateral. Parameter kuat geser tak teralir akan dikorelasikan lebih lanjut untuk memperoleh parameter-parameter tanah lainnya. Dengan mengetahui jenis tanah dan besarnya nilai N-SPT pada lapis tertentu, nilai dari kuat geser tanah clay shale dapat diketahui berdasarkan grafik Gartung Erwin (1986)
Gambar 4.7 Parameter kuat geser dan sudut geser dalam tanah clayshale (Sumber : Gartung, 1986)
Gartung Erwin (1986) membagi clay shale menjadi empat zona berdasarkan pelapukan (weathering) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7 Pada zona 1 tanah clay shale yang belum mengalami pelapukan (unweathered) sampai dengan zona 4 saat clay shale mengalami proses akhir pelapukan. Nilai kuat geser tanah clay sahle keras diambil dari garis paling atas zona 1 (garis merah) yaitu 85 kN/m2.
4-7
Sedangkan untuk tanah clay shale lunak diambil dari garis design shear strength (garis kuning) yaitu 14 kN/m2.
Tabel 4-2 Kuat geser tanah tiap lapisan
Penentuan Sudut Geser Dalam Efektif (ɸ')
Parameter sudut geser dalam pada proyek Jalan Tol Balikpapan – Samarinda STA 28 + 000 – STA 28 + 100 didapat dari gambar 4.7.
Parameter sudut geser dalam pada tanah didapat dari pengklasifikasian tanah Clayshale seperti gambar 4.7 diatas.Untuk tanah clayshale yang keras diambil dari garis merah (unweathered clay shale) yaitu 41o dan untuk tanah clay shale lunak diambil dari garis kuning yaitu 20o.
Tabel 4-3 Sudut geser tiap lapisan
Jenis Tanah Kedalaman (m)
BH-39 N-SPT ɸ ' (kPa)
N-SPT C (kN/m2)
Clayshale lunak 2 30 14
N-SPT C (kN/m3\2)
1.5 10 14
3 27 14
4.5 37 14
6 50 85
Jenis Tanah Kedalaman (m)
20 >60 85
Clay shale lunak
Clay shale keras
BM1 Jenis Tanah Kedalaman (m)
Clay Shale 20 >60
BH-39
85
4-8
Clayshale
lunak 2 30 20
Clay Shale
keras 20 >60 41
Jenis Tanah Kedalaman (m)
BM1 N-SPT ɸ ' (kPa) Clayshale
lunak
1.5 10 20
3 27 20
4.5 37 20
Clay Shale keras
6 50 41
20 >60 41
Penentuan Nilai Berat Isi Tanah (𝜸𝒖𝒏𝒔𝒂𝒕) dan Nilai Berat Isi Tanah Basah (𝜸𝒔𝒂𝒕)
Berat isi tanah (𝛾) merupakan perbandingan antara massa tanah dengan volume isi tanah, sendangkan berat isi jenuh air (𝛾𝑠𝑎𝑡) merupakan perbandingan antara berat tanah jenuh air dan volume tanah selurunya. Dalam penentuan berat isi tanah, diambil dari korelasi tabel dari Budhu 2011, seperti pada tabel
Tabel 4-4 Nilai berat isi tanah (Sumber : Budhu, 2011)
Tabel 4-5 Gamma tiap lapisan tanah Soil Type (kN/m3) sat (kN/m3)
Gravel 15-17 20-22
Sand 13-16 18-22
Silt 14-18 18-20
Clay 14-21 16-22
