FEM
Metode Elemen Hingga atau Finite Element Method (FEM) merupakan pendekatan numerik yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan mekanika tanah yang kompleks, termasuk dalam kajian stabilitas lereng. Metode FEM ini digunakan untuk menganalisis perilaku lereng timbunan yang dibangun di atas tanah lunak, di mana karakteristik tanah yang bersifat non-linier, heterogen, dan jenuh sangat mempengaruhi kestabilan lereng secara keseluruhan. Berbeda dengan metode keseimbangan batas yang hanya menghitung faktor keamanan terhadap kelongsoran tanpa memperhitungkan deformasi tanah, pendekatan FEM memungkinkan pemodelan distribusi tegangan, deformasi, dan tekanan air pori secara kontinu pada keseluruhan domain tanah. Hal ini memberikan pemahaman yang lebih komprehensif terhadap respon tanah terhadap beban timbunan serta pengaruh waktu terhadap konsolidasi dan deformasi.
Secara prinsip, FEM membagi domain geometri tanah menjadi elemen-elemen kecil (mesh) yang saling terhubung melalui titik-titik simpul (nodes). Setiap elemen akan dianalisis secara individu terhadap hukum-hukum fisika yang berlaku (hukum keseimbangan gaya dan hukum konstitusi material), kemudian digabungkan secara keseluruhan untuk membentuk sistem persamaan global. Analisis dilakukan dalam kondisi deformasi bidang (plane strain) karena bentuk geometri lereng memanjang dan perubahan terjadi dalam dua dimensi utama (horizontal dan vertikal). Pemodelan FEM melibatkan beberapa tahap penting, yaitu pembuatan model geometri, pemberian parameter tanah, pemberian kondisi batas, pembentukan mesh, definisi kondisi awal, dan akhirnya proses pembebanan dan perhitungan.
Parameter tanah yang digunakan dalam analisis FEM diperoleh dari data primer dan sekunder, yang dapat berupa hasil uji laboratorium dan uji lapangan (seperti SPT, CPT, atau sondir). Parameter utama yang dimasukkan meliputi berat isi tanah, modulus elastisitas, kohesi, sudut geser dalam, permeabilitas, dan parameter konsolidasi. Pemilihan model konstitutif tanah juga menjadi aspek penting dalam analisis FEM. Dalam penelitian ini, digunakan model elastoplastik seperti Mohr-Coulomb, yang mampu menggambarkan perilaku tanah lunak saat mengalami regangan dan tegangan melebihi batas elastisitasnya.
Kondisi batas ditentukan untuk membatasi domain analisis dan mencegah perpindahan yang tidak wajar di area luar domain. Biasanya, sisi kiri dan kanan model diberi batas berupa kondisi geser bebas (roller support), sedangkan bagian bawah diberi batas tetap (fixed boundary). Kondisi muka air tanah juga dimodelkan sesuai hasil pengamatan lapangan atau diasumsikan sebagai bidang jenuh tanah lunak. Proses pembentukan mesh dilakukan dengan memperhatikan kerapatan elemen yang cukup untuk menangkap perubahan tegangan dan deformasi secara akurat, khususnya pada zona kritis seperti antarmuka antara timbunan dan tanah lunak.
Selanjutnya, dilakukan proses inisialisasi kondisi awal, yang meliputi distribusi tegangan awal tanah akibat berat sendiri serta kondisi tekanan air pori. Analisis dilakukan secara bertahap (staged construction) untuk memodelkan pembangunan timbunan secara realistis, di mana setiap tahap timbunan ditambahkan secara berurutan dan sistem dihitung kembali untuk melihat respons tanah. Proses perhitungan dilakukan secara iteratif hingga tercapai konvergensi atau kestabilan hasil. Dari hasil analisis FEM, diperoleh informasi mengenai distribusi tegangan efektif, tekanan air pori, pola deformasi tanah, dan potensi bidang gelincir, yang dapat digunakan untuk menilai tingkat kestabilan lereng.
Selain itu, FEM juga memungkinkan estimasi nilai faktor keamanan (FoS) melalui pendekatan reduksi kekuatan (strength reduction method), yaitu dengan menurunkan secara bertahap parameter kuat geser (kohesi dan sudut geser) hingga model tidak lagi stabil. Nilai faktor reduksi pada saat batas kestabilan tercapai dianggap sebagai faktor keamanan lereng.
Pendekatan ini memberikan penilaian stabilitas yang lebih realistis, terutama untuk tanah lunak yang memiliki sifat plastisitas tinggi dan respon non-linear terhadap beban.
LEM
Analisis kestabilan lereng menggunakan Metode Keseimbangan Batas (Limit Equilibrium Method/LEM) merupakan pendekatan klasik yang paling banyak digunakan dalam rekayasa geoteknik. Metode ini didasarkan pada prinsip bahwa stabilitas suatu lereng ditentukan oleh keseimbangan antara gaya penahan (resisting forces) yang berasal dari kuat geser tanah, dan gaya penggerak (driving forces) yang disebabkan oleh berat tanah, air, atau beban tambahan. LEM tidak menganalisis deformasi atau perilaku tegangan-regangan tanah secara rinci, tetapi fokus pada identifikasi potensi keruntuhan lereng dan perhitungan faktor keamanan (Factor of Safety/FoS) terhadap kelongsoran.
Secara konseptual, LEM membagi tubuh lereng ke dalam serangkaian irisan vertikal yang mewakili potensi bidang gelincir. Untuk masing-masing irisan, dilakukan perhitungan keseimbangan gaya-gaya dan momen untuk menentukan kondisi stabil atau tidak stabil. Faktor keamanan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya penahan terhadap gaya penggerak, dan dihitung berdasarkan asumsi-asumsi tertentu terhadap bentuk bidang gelincir, gaya antar irisan, serta kondisi tekanan air pori.
LEM digunakan untuk menganalisis stabilitas lereng timbunan yang dibangun di atas tanah lunak, di mana kondisi geoteknik cukup kompleks karena rendahnya daya dukung tanah dasar dan tingginya tekanan air pori, LEM dijalankan menggunakan perangkat lunak seperti GeoSlope/W, yang memungkinkan analisis stabilitas dengan berbagai bentuk geometri, parameter tanah, dan kondisi hidrologi. Perangkat lunak ini juga memungkinkan pengguna untuk menentukan pola distribusi tekanan air pori, model geometri timbunan, dan bentuk bidang gelincir yang dapat dicari secara otomatis atau ditentukan manual.
Analisis LEM pada lereng timbunan di atas tanah lunak dalam penelitian dilakukan dengan terlebih dahulu membangun model geometri berdasarkan data topografi dan stratigrafi lapangan, kemudian memasukkan parameter kuat geser tanah, yaitu kohesi (c), sudut geser dalam (φ), dan berat volume (γ), serta informasi tekanan air pori atau muka air tanah.
Pemodelan bidang gelincir dilakukan untuk berbagai kondisi (misalnya sebelum dan sesudah pembangunan timbunan, serta dengan atau tanpa perkuatan), dan hasilnya berupa faktor keamanan serta bentuk bidang gelincir kritis yang paling rentan mengalami kelongsoran.
