EVALUASI FAKTOR KEAMANAN LERENG BERDASARKAN NILAI GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI) DAN UNIAXIAL COMPRESSIVE STRENGTH (UCS) DALAM PERENCANAAN LERENG

(1)

309

EVALUASI FAKTOR KEAMANAN LERENG BERDASARKAN NILAI GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI) DAN UNIAXIAL COMPRESSIVE

STRENGTH (UCS) DALAM PERENCANAAN LERENG

1Widarto Sutrisno

2Dewi Sulistyorini

3Tegar Rahmad Julendi

4Fajar Ardiansyah

5Hendry Ardiansyah

1Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa ([email protected])

ABSTRAK

Suatu konstruksi yang memerlukan pekerjaan galian tanah (batuan) membutuhkan perencanaan yang baik karena sisi-sisi galian akan terbentuk lereng. Faktor Keamanan (FK) suatu lereng dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya adalah nilai Geological Strength Index (GSI) dan Uniaxial Compressive Strength (UCS). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai GSI berdasarkan klasifikasi Hoek & Brown, faktor keamanan pada lereng, dan hubungan dari nilai GSI terhadap faktor keamanan. Penelitian ini menggunakan metode Bishop dalam limit equilibrium method atau metode kesetimbangan batas. Pengamatan di lapangan dilakukan untuk membobotkan nilai Rock Mass Rating (RMR) batuan yang direncanakan akan dijadikan lereng karena adanya galian pada lokasi tersebut. Nilai GSI yang didapatkan berdasarkan persamaan secara berturut-turut dari titik 1- titik 3 adalah 61, 47, dan 60. Nilai material properties batuan hasil dari uji laboratorium dijadikan sebagai parameter untuk melakukan analisis faktor keamanan lereng. Secara berturut-turut, faktor keamanan lereng di titik 1 - titik 3 adalah 3,49, 2,64, dan 3,29. Dalam analisis hubungan antara nilai GSI dan faktor keamanan, nilai faktor keamanan yang didapat sangat dipengaruhi oleh nilai GSI.

Semakin tinggi nilai GSI, maka akan semakin besar nilai faktor keamanan suatu lereng. Akan tetapi, kenaikan nilai GSI tidak stabil terhadap faktor keamanan.

Pada simulasi ke-2 nilai faktor keamanan hanya bertambah 31% dari simulasi ke- 1, sedangkan pada simulasi ke-7 nilai faktor keamanan naik sebesar 1,37% dari simulasi ke-6. Hal ini menandakan bahwa semakin tinggi suatu nilai GSI maka kenaikan nilai faktor keamanan akan semakin bertambah sebesar 93% untuk setiap penambahan 5 nilai GSI.

Kata Kunci: kestabilan lereng, RMR, GSI, UCS, Faktor Keamanan

(2)

310 ABSTRACT

A construction with earth (rock) excavation work requires good design because the excavation will form a slope. The Safety Factor (FK) of a slope is influenced by several factors, such as Geological Strength Index (GSI) and Uniaxial Compressive Strength (UCS) values. This research aims to determine the GSI value based on the Hoek & Brown classification, safety factors on slopes, and the relationship of the GSI value to safety factors. This research uses the Bishop method in the limit equilibrium method. Field observations were carried out to weight the Rock Mass Rating (RMR) value of rocks that were planned to be used as slopes due to excavation at that location. The GSI values obtained based on successive equations from point 1 to point 3 are 61, 47, and 60. The rock material properties values resulting from laboratory tests are used as parameters for analyzing slope safety factors. Respectively, the slope safety factors at point 1 - point 3 are 3.49, 2.64, and 3.29. In analyzing the relationship between the GSI value and the security factor, the security factor value obtained is strongly influenced by the GSI value. The higher the GSI value, the greater the safety factor value of a slope. However, the increase in the GSI value is unstable to security factors. In the 2nd simulation, the safety factor value only increased by 31% from the 1st simulation, while in the 7th simulation the safety factor value increased by 1.37% from the 6th simulation.This indicates that the higher a GSI value, the increase in the value of the safety factor will increase by 93% for every additional 5 GSI values.

Keyword: slope stability, RMR, GSI, UCS, safety factor

PENDAHULUAN

Pengembangan suatu infrastruktur yang memiliki perbedaan ketinggian permukaan tanah pada lokasi konstruksi akan menjadi suatu permasalahan dalam proses pelaksanaan konstruksi. Untuk mendapatkan suatu permukaan tanah yang sesuai dengan rencana memerlukan banyak tahapan, salah satunya dengan melakukan metode cut and fill atau penggalian dan penimbunan pada lokasi yang diperlukan adanya penyesuaian tinggi permukaan tanah sesuai rencana (Amanullah dan Sofian, 2017). Konstruksi yang memerlukan pekerjaan galian tanah sangat membutuhkan perencanaan yang baik karena sisi-sisi galian tanah atau batuan akan terbentuk suatu lereng dimana terdapat gaya lateral dan gaya vertikal yang bekerja pada tanah dan menimbulkan deformasi (SNI-8460-2017).

Agar tercipta suatu konstruksi yang aman dan nyaman diperlukan sebuah analisis terhadap keamanan lereng dalam perencanaannya.

Ada beberapa metode dalam melakukan analisis stabilitas lereng, salah satunya yang banyak diterapkan adalah metode kesetimbangan batas (limit equilibrium method). Metode ini menggunakan analisis lereng dengan tipe gelincir translasional dan rotasional dengan relatif sederhana dan mudah digunakan serta terbukti dapat diandalkan selama bertahun-tahun (Arif, 2016). Dengan menggunakan bantuan dari perangkat lunak (software) yang menggunakan prinsip

(3)

311

metode kesetimbangan batas maka dapat mempermudah dan mempercepat dalam proses analisis kestabilan lereng dengan akurat dalam waktu yang singkat.

Faktor Keamanan (FK) suatu lereng dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah nilai Geological Strength Index (GSI) dan Uniaxial Compressive Strength (UCS). Salah satu penelitian sebelumnya, oleh Anggita F.A.P., dkk (2018) melakukan penelitian terkait dengan metode analisis Morgenstern-Price dalam menghitung nilai faktor keamanan. Hasil dari penelitiannya, nilai faktor keamanan pada sayatan A-A1 dalam kondisi kritis (1,25<X<1,00), sedangkan pada sayatan B-B1 faktor keamanannya dalam kondisi aman. Kondisi tersebut dipengaruhi oleh perbedaan litologi, nilai UCS, dan GSI pada kedua sayatan. Maka dari itu, dilakukan penelitian terkait hasil nilai faktor keamanan suatu lereng dengan berdasarkan nilai GSI dan UCS dalam merencanakan suatu lereng.

Penelitian ini dilakukan di Daerah Planjan, Saptosari, Gunung Kidul, Yogyakarta.

Pada lokasi tersebut direncanakan akan dibangun jalan dengan desain rencana menggali bukit untuk menyesuaikan elevasi permukaan tanah sesuai dengan rencana. Bukit yang direncanakan akan digali merupakan batuan jenis gamping kristalin atau limestone crystalline. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai GSI massa batuan, nilai faktor keamanan pada masing-masing lereng, dan hubungan nilai GSI terhadap faktor keamanan lereng.

METODE PENELITIAN Lokasi Pengamatan

Lokasi pengamatan dilakukan di Daerah Planjan, Saptosari, Gunung Kidul, Yogyakarta. Pengamatan dilakukan untuk mengetahui beberapa parameter batuan berdasarkan tabel klasifikasi kondisi diskontinu untuk mendapatkan nilai RMR.

Gambar 1. Lokasi Pengamatan

MetodeBishop

Penelitian ini menggunakan metode Bishop dalam limit equilibrium method atau metode kesetimbangan batas dengan menggunakan software Geo5. Metode Bishop diperkenalkan oleh A.W. Bishop dengan menggunakan cara potongan dimana gaya-gaya yang bekerja pada tiap potongan ditunjukkan pada Gambar 1.

(4)

312

Metode Bishop dipakai untuk menganalisis permukaan gelincir (slip surface) yang berbentuk lingkaran dengan mengasumsikan bahwa gaya-gaya normal bekerja di pusat alas potongan dan bisa ditentukan dengan menguraikan gaya- gaya pada potongan secara vertikal atau normal (Bishop, 1955).

Gambar 2.Gaya-gaya yang Bekerja Pada Suatu Potongan

Keterangan:

W = Berat total pada irisan

E_L.E_R = Gaya antar irisan yang bekerja secara horizontal pada penampang kiri dankanan

XL.XR = Gaya antar irisan yang bekerja secara vertikal pada Penampang kiri dan kanan

P = Gaya normal total pada irisan T = Gaya geser pada dasar irisan b = Lebar dari irisan

l = Panjang dari irisan

Pengamatan Kondisi Batuan dalam Menentukan Rock Mass Rating (RMR) Pengamatan kondisi batuan dilakukan untuk mengetahui kondisi kekar dan mengklasifikasikan berdasarkan tabel kondisi bidang diskontinuitas yang selanjutnya digunakan untuk menentukan Rock Mass Rating (RMR). Dalam menentukan RMR, beberapa parameter yang dibutuhkan adalah kemenerusan bidang diskontinu (persistence), kekasaran (roughness), lebar bukaan (aperture), pengisi kekar (infilling), dan pelapukan (weathering). Pengklasifikasian tiap parameter dilakukan berdasarkan tabel klasifikasi kondisi bidang diskontinuitas Bieniawski (1989).

(5)

313

Tabel 1. Klasifikasi Kondisi Bidang Diskontinu (Bieniawski, 1989)

Pengolahan Data Hasil Uji Sifat Fisik dan Mekanik Batuan

Data dari uji laboratorium yang diperlukan dalam proses analisis ditabelkan agar mempermudah dalam melakukan analisis. Data-data yang diperlukan diantaranya, hasil uji kuat tekan uniaksial atau Uniaxial Compressive Strength (UCS), Rock Quality Design (RQD), dan index properties batuan.

Geological Strength Index (GSI)

Untuk mendapatkan nilai kohesi dan sudut gesek dalam berdasarkan kriteria keruntuhan Hoek & Brown, membutuhkan beberapa parameter nilai GSI, UCS, mi, dan nilai D, sehingga akan didapat nilai mb, s dan a. Nilai GSI massa batuan ditentukan berdasarkan persamaan GSI dan diklasifikasikan berdasarkan tabel klasifikasi nilai GSI massa batuan Hoek & Brown 2000 untuk mengetahui kisaran nilai GSI antara 0-100, dimana nilai GSI 100 setara dengan massa batuan utuh (Marions & Hoek, 2005). Persamaan untuk mendapatkan nilai GSI secara kuantitatif adalah sebagai berikut:

𝐺𝑆𝐼 = 1,5 𝑥 𝐽𝐶𝑜𝑛𝑑₈₉ +^𝑅𝑄𝐷

2 ... Persamaan 1 Analisis Data

Pada pengujian laboratorium, data yang digunakan merupakan nilai UCS, RQD, dan index properties dari batuan. Selanjutnya, akan didapatkan nilai output data berupa kohesi dan sudut gesek dalam yang akan digunakan pada software untuk dilakukan perhitungan kestabilan lereng. Output dari analisis menggunakan software berupa nilai faktor keamanan pada lereng tersebut. Dalam analisis pada software, digunakan metode Bishop dengan faktor keamanan minimum adalah FK>1,5.

(6)

314

Gambar 3. Diagram Alir Penelitian

(7)

315

HASIL & PEMBAHASAN Pengklasifikasian Rock Mass Rating (RMR)

Pengklasifikasian nilai RMR didapatkan dengan membobotkan beberapa parameter yang diperlukan, seperti kemenerusan bidang diskontinu, kekasaran, lebar bukaan, pengisi kekar, dan pelapukan. Parameter tersebut didapat dengan melakukan pengamatan pada lokasi untuk mengetahui kondisi dari batuan yang ada.

Gambar 4. Lokasi Pengamatan Titik 1

Gambar 5. Lokasi Pengamatan TItik 2

(8)

316

Gambar 6. Lokasi Pengamatan Titik 3

Dari ketiga lokasi pengamatan yang dilakukan setiap lokasi memiliki beberapa parameter yang berbeda. Pengklasifikasian RMR dari ketiga titik pengamatan yang sudah dilakukan dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 2. Klasifikasi RMR Titik 1

Parameter Nilai Satuan Bobot

Discontinuity Length 1-3 m 4

Separation <0,1 mm 5

roughness Rough - 5

Infiling Soft filling mm 2

Weathering Slightly weathered - 5

Total Pembobotan RMR 21

Discontinuity Length <1 m 6

Separation 0,1-1 mm 4

Discontinuity Length <1 m 6

Separation <0,1 mm 5

Pengolahan Data Uji Laboratorium

Pengujian beberapa sampel di laboratorium menghasilkan beberapa nilai yang dapat digunakan dalam mendesain suatu lereng yang aman. Beberapa data yang didapatkan dan digunakan sebagai parameter dalam proses analisis stabilitas

(9)

317

lereng diantaranya, nilai RQD, UCS, dan beberapa nilai index properties batuan.

Terdapat 3 tipe sampel hasil uji laboratorium yang berbeda-beda berdasarkan tempat pengambilan sampel masing-masing.

Tabel 5. Hasil Uji Laboratorium Titik 1

Kedalaman (m) UCS (MPa) γ unsat (kN/m³) γ sat (kN/m³)

0-5 14,5 33,44 34,81

5-10 42,72 48,54 50,01

10-15 50,74 49,33 51,39

15-20 34,84 56,39 60,02

0-5 19,81 24,91 25,30

5-10 22,74 23,24 23,93

10-15 15,79 24,03 24,81

15-20 36,31 24,42 25,01

0-5 44,04 25,40 25,59

5-10 30,59 24,32 24,71

10-15 79,01 24,91 25,30

15-20 18,59 23,83 24,03

Data hasil uji laboratorium diatas dibagi menjadi 4 lapis dengan kedalaman masing-masing lapis adalah 5 meter dari permukaan tanah dan kedalaman yang lebih dari 20 meter diasumsikan memiliki kondisi batuan yang sama dengan lapisan sebelumnya. Setiap lapis memiliki data hasil uji yang berbeda untuk nilai RQD, UCS, dan index properties batuannya, sehingga akan berpengaruh terhadap nilai faktor keamanan pada suatu lereng.

Geological Strength Index (GSI)

Pengklasifikasian nilai GSI didapatkan setelah diketahui nilai RMR berdasarkan pembobotan beberapa parameter. Terdapat tiga lokasi pengamatan dengan setiap lokasi memiliki nilai GSI yang berbeda. Nilai RMR dan RQD akan berpengaruh terhadap nilai GSI, dimana semakin tinggi nilai dari kedua parameter tersebut maka nilai GSI juga akan semakin tinggi. Berdasarkan tabel klasifikasi GSI Hoek

& Brown tahun 2000, massa batuan pada titik 1 dan 3 nilai GSI tergolong dalam kondisi baik dan untuk titik 2 tergolong dalam kondisi sedang.

(10)

318

Tabel 8. Klasifikasi Nilai GSI Massa Batuan (Hoek & Brown, 2000)

Tabel 9. Klasifikasi Nilai GSI

Lokasi RMR RQD GSI

Titik 1 21 58,54 61

Titik 2 22 28,51 47

Titik 3 23 51,62 60

Material Properties Batuan

Material Properties dari setiap batuan memiliki perbedaan tergantung jenis dan material penyusunnya yang akan mempengaruhi terhadap kualitas batuan. Dalam pengamatan ini, terdapat 3 jenis batuan yang memiliki kesamaan litologi, yaitu batugamping kristalin. Dari hasil uji laboratorium, ketiga batuan tersebut memiliki nilai material properties yang berbeda-beda.

Tabel 10. Parameter Material Properties Batuan yang Digunakan Untuk Analisis Titik 1

Litologi

Unit Weight (MN/m³)

Slope Height

(m)

UCS/

sigci (MPa)

GSI mi Disturbance Factor (D)

C (kPa)

Phi (deg)

Batugamping 0,0334 5 14,5 61 12 0,7 133 53,61

4 7

47

(11)

319 Kristalin

Batugamping

Kristalin 0,0485 5 42,72 61 12 0,7 340 57,14

Batugamping

Kristalin 0,0493 5 50,74 61 12 0,7 395 57,81

Batugamping

Kristalin 0,0564 5 34,84 61 12 0,7 295 55,47

Litologi

Slope Height

(m)

UCS/

sigci (MPa

C (kPa)

Phi (deg) Batugamping

Kristalin 0,0249 5 19,81 47 12 0,7 73 52,62

Batugamping

Kristalin 0,0232 5 22,74 47 12 0,7 78 53,88

Batugamping

Kristalin 0,0240 5 15,79 47 12 0,7 63 51,43

Batugamping

Kristalin 0,0244 5 36,31 47 12 0,7 109 56,23

Litologi

Slope Height

(m)

UCS/

sigci (MPa

C (kPa)

Phi (deg) Batugamping

Kristalin 0,0254 5 44,04 60 12 0,7 302 59,53

Batugamping

Kristalin 0,0243 5 30,59 60 12 0,7 216 58,47

Batugamping

Kristalin 0,0249 5 79,01 60 12 0,7 522 61,44

Batugamping

Kristalin 0,0238 5 18,59 60 12 0,7 141 56,38

Analisis Faktor Keamanan

Analisis kestabilan lereng akan menghasilkan output berupa nilai faktor keamanan. Terdapat tiga tipe lereng yang dianalisa berdasarkan parameter dari masing-masing lokasi. Ketiga lokasi pengamatan memiliki kesamaan litologi, yaitu bukit dengan material berupa batuan jenis batugamping. Masing-masing lokasi memiliki desain lereng yang sama dengan kemiringan 2:1 dan ketinggian menyesuaikan dengan kondisi galian yang diperlukan.

(12)

320

Gambar 7. Analisis Stabilitas Lereng Titik 1

Berdasarkan hasil analisis dari ketiga lokasi lereng yang berbeda dengan material properties dan ketinggian lereng yang juga bervariasi, setiap lereng memiliki nilai faktor keamanan > 1,5. Dengan demikian, ketiga lereng dikategorikan pada kondisi yang aman, sebagaimana dapat dilihat pada tabel 13 berikut.

Tabel 13. Nilai Faktor Keamanan (FK) lereng

Lokasi Tinggi lereng (m) Kemiringan Faktor Keamanan Keterangan

Titik 1 25 1:2 3,49 Aman

Titik 2 20 1:2 2,64 Aman

Titik 3 33 1:2 3,29 Aman

Analisis Hubungan Nilai GSI Dengan Faktor Keamanan

(13)

321

Salah satu lokasi pengamatan dijadikan sampel untuk dilakukan suatu simulasi terhadap kestabilan lereng dengan melakukan variasi nilai GSI. Lokasi yang diambil untuk simulasi kestabilan lereng adalah titik ke-1. Dari hasil pengamatan di lapangan, didapatkan nilai GSI sebesar 61. Nilai GSI dimasukkan kedalam tabel GSI Hoek & Brown tahun 2000 dan didapatkan variasi nilai GSI antara 45- 75.

Tabel 14. Simulasi Hubungan GSI Dengan Faktor Keamanan

Simulasi ke- Variasi GSI Faktor Keamanan Keterangan

1 45 2,15 Aman

2 50 2,46 Aman

3 55 2,85 Aman

4 60 3,36 Aman

5 65 4,06 Aman

6 70 5,03 Aman

7 75 6,40 Aman

Berdasarkan simulasi yang dilakukan menunjukkan bahwa variasi nilai GSI sangat berpengaruh terhadap faktor keamanan. Setiap kali nilai GSI mengalami kenaikan, faktor keamanan juga semakin besar. Akan tetapi, kenaikan nilai GSI tidak stabil terhadap faktor keamanan. Semakin tinggi nilai GSI maka persentase nilai faktor keamanan juga semakin meningkat. Pada simulasi ke-2 hanya mengalami kenaikan sebesar 31% dari simulasi ke-1, sedangkan pada simulasi ke- 7 mengalami kenaikan sebesar 1,37% dari simulasi ke-6.

Gambar 10. Grafik Hubungan Nilai GSI dan Faktor Keamanan

Nilai GSI memiliki hubungan yang sangat penting terhadap faktor keamanan dalam rekayasa geoteknik. Semakin besar nilai GSI akan berdampak positif terhadap faktor keamanan lereng. Suatu lereng yang dianalisis akan semakin aman apabila diperoleh nilai GSI massa batuan yang baik.

y = 0,6821x + 1,03 R² = 0,9345

0 1 2 3 4 5 6 7

45 50 55 60 65 70 75

Faktor Keamanan (FK)

Nilai GSI

Hubungan GSI dan FK

(14)

322 PENUTUP Kesimpulan

Dari hasil analisis yang telah dilakukan, maka didapat beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Klasifikasi nilai GSI yang didapatkan pada setiap titik pengamatan berbeda-beda, yaitu titik 1 sebesar 61, titik 2 sebesar 47, dan titik 3 sebesar 60.

2. Nilai faktor keamanan pada masing-masing rencana lereng adalah titik 1 bernilai 3,49, titik 2 bernilai 2,64, dan titik 3 bernilai 3,29. Dari ketiga analisis lereng menunjukkan setiap lereng berada dalam kondisi aman.

3. Nilai GSI memiliki hubungan yang sangat erat terhadap faktor keamanan.

Semakin tinggi nilai GSI akan semakin besar pula nilai faktor keamanan suatu lereng.

Saran

Penyusun memberikan saran untuk penelitian selanjutnya agar analisis yang digunakan ditambahkan dengan koefisien gempa.

DAFTAR PUSTAKA

Amanullah, A. Jihans, dan I. A. Sofian. 2017. Analisa Stabilitas Lereng Galian Pada Proyek Pembangunan Tol Semarang Batang Sta 430+300. Thesis.

Universitas Islam Sultan Agung.

Arif, I., 2016. Geoteknik Tambang. Gramedia Jakarta: Pustaka Utama.

Badan Standardisasi Nasional. 2017. Persyaratan Perancangan Geoteknik (SNI- 8460-2017). Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.

Bieniawski, Z. T. 1989. Engineering Rock Mass Classification. John Wiley &

Sons, Inc. New York.

Bishop, A. W. 1955. The Use of The Slip Circle in The Stability Analysis of Slope.

Geotechnique. 10. 129-150. Doi: 10.1680/geot.1955.5.1.7.

Hoek, E., and Brown, E. T. 1980. Underground Excavation in Rock, London:

Instn Min, Metall.

Maharza, C., dkk. 2022. Pengaruh Nilai UCS dan GSI Dalam Menentukan Faktor Keamanan Lereng Batuan. Jurnal HIMASAPTA. 7(1). 27-32.

Marions, P., and Hoek, E. 2000. GSI: A Geologically Friendly Tool For Rock Mass Strength Estimation. Australia: ISRM International Symposium.

Marions, P. G., Marions, V., Hoek, E. 2007. The Geological Strength Index (GSI):

A Characterization Tool For Assessing Engineering Properties For Rock Masses. Geology. Doi: 10.1201/NOE0415450287.ch2.

Marions, V., Marions, P., Hoek, E. 2005. The Geological Strength Index:

Application and Limitation. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 64. 55-65. Doi: 10.1007/s10064-004-0270-5.

Rajagukguk, Octavian C.P. 2014. Analisis Kestabilan Lereng Dengan Metode Bishop (Studi Kasus: Kawasan Citraland sta. 1000m). Jurnal Sipil Statik.

2(3). 139-147.

(15)

323

Pamuji, Anggita Fitri Anatiyo, dkk. 2018. Pengaruh Geological Strength Index (GSI) Terhadap Nilai Faktor Keamanan Melalui Simulasi Kestabilan Lereng Tambang, Kecamatan Batu Kajang, Kabupaten Paser, Kalimantan Timur. Padjadjaran Geoscience Journal. 2(6). 487-497.