ANALISIS STABILITAS LERENG SUNGAI MULKI, TEMBAGAPURA DENGAN

ALTERNATIF PERKUATAN

Oleh

Ressi Dyah Adriani

NIM : 15010071

(Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil)

ABSTRAK

Tugas akhir ini berisi tentang kelongsoran lereng dan penanggulangannya pada lereng alami

di tepi Sungai Mulki, Tembagapura. Lereng ini merupakan lereng yang terbentuk secara

alami yang mengalami kelongsoran akibat beban kendaraan berat yang melintas di jalan di

atas lereng tersebut.

Tugas akhir ini meliputi back calculation analysis dari parameter kuat geser tanah, analisis

kestabilan lereng asli, analisis kestabilan lereng dengan perkuatan serta pemilihan metode

alternatif perkuatan dengan menggunakan Soil Nailing dan Gabion Reinforced Soil Structure.

PENDAHULUAN

Lereng merupakan sebuah permukaan

tanah yang terbuka dan berdiri membentuk

sudut tertentu terhadap sumbu horizontal

akibat adanya perbedaan elevasi pada

suatu dataran. Perbedaan elevasi pada

permukaan tanah, seperti yang terjadi pada

lereng dapat mengakibatkan pergerakan

massa tanah dari bidang dengan elevasi

yang tinggi menuju bidang dengan elevasi

yang lebih rendah yang diakibatkan oleh

gravitasi yang mengakibatkan

ketidakstabilan pada tanah.

Lereng di tepi Sungai Mulki merupakan

lereng alami yang memiliki kemiringan

60 serta ketinggian 22.75 m. Di atas

lereng tersebut berdiri Terminal

Tembagapura yang melayani kendaraan-

kendaraan besar serta jalan yang dilalui

oleh kendaraan pengangkut bahan

tambang dari perusahaan pertambangan

Freeport. Lereng tersebut mengalami

kelongsoran, sehingga akan berbahaya jika

dibiarkan begitu saja. Maka dari itu, pada

tugas akhir ini akan ditentukan alternatif

desain perbaikan dan atau perkuatan yang

sesuai dengan kondisi tanah asli pada

lereng di tepi Sungai Mulki, Tembagapura,

menggunakan metode elemen hingga pada

program komputer PLAXIS 2D 8.2.

METODOLOGI

A. PENGUMPULAN DATA

Data topografi lereng Sungai Mulki

sebelum dan setelah terjadi

longsor.

Foto lapangan

B. ANALISIS DATA DAN

PERHITUNGAN

Analisa data dan perhitungan dalam

tugas akhir ini dibagi menjadi tiga

bagian, yaitu :

Back Calculation Analysis

Tahapan-tahapan yang dilakukan

untuk back calculation dalam

program PLAXIS :

1. Memodelkan geometri serta

beban yang diterima oleh

lereng dalam program input

PLAXIS.

2. Mendefinisikan material yang

digunakan dengan

memasukkan parameter tanah

yang akan di trial dari rentang

nilai parameter tanah Silty Clay

3. Mendefinisikan kondisi awal

yang berupa tegangan air pori

(water pressure), pada kasus ini

kondisi muka air tanah

ditentukan dalam kondisi rapid

drawdown yang merupakan

kondisi ekstrem yang terjadi

ketika longsor terjadi serta

pembebanan akibat beban statik

kendaraan

4. Melakukan perhitungan pada

program calculate. Pada tahap

ini perlu didefinisikan tahapan-

tahapan pembebanan yang akan

terjadi hingga akhirnya

didapatkan nilai faktor

keamanan.

5. Evaluasi hasil dengan

membandingkan bidang runtuh

hasil keluaran PLAXIS dengan

bidang runtuh setelah longsor,

dan memeriksa nilai angka

keamanannya apakah telah

mendekati 1 atau bernilai 1.

Apabila masih belum sesuai

dengan kriteria tersebut, maka

dilakukan trial kembali

terhadap parameter kuat geser

tanah ( dan c).

Analisis Stabilitas Lereng Asli

Perhitungan stabilitas lereng asli

menggunakan software PLAXIS

2D dengan memasukkan

parameter-parameter tanah yang

didapat dari back calculation.

Perencanaan perkuatan lereng

longsor dengan alternatif dan

langkah perencanaan sebagai

berikut :

Perkuatan dengan Soil Nailing :

Preliminary Design dengan

menentukan kebutuhan

diameter dan panjang

penanaman

Pemeriksaan terhadap

stabilitas global

menggunakan software

PLAXIS 2D terhadap beban

statik dan seismik dan

pemeriksaan terhadap

stabilitas internal, yaitu

pullout dan tensile failure

terhadap beban statik dan

seismik

Perkuatan dengan Gabion

Reinforcement Soil Structure :

Menentukan dimensi

gabion dan spesifikasi wire

mesh

Pemeriksaan terhadap

stabilitas global

menggunakan software

PLAXIS 2D terhadap beban

statik dan seismik dan

pemeriksaan terhadap

stabilitas internal, yaitu

pullout dan tensile failure

terhadap beban statik dan

seismik

C. Penentuan dan Pemilihan Perkuatan

Lereng

Dari alternatif perkuatan yang telah

direncanakan dilakukan pemilihan

alternatif yang tepat dengan

pertimbangan sebagai berikut :

Angka Keamanan, FS statik > 1.5

dan FS seismik > 1.1

Kemudahan dalam memperoleh

material

Kemudahan dalam pelaksanaan

konstruksi.

PERENCANAAN DAN ANALISIS

STABILITAS PERKUATAN LERENG

Perencanaan Perkuatan Gabion

Reinforced Soil Structure

Preliminary Design

Tebal Dinding T 2 m

Panjang

Reinforcement

B 0.7 x H 15 m

Backface Slope

Angle

30

Backfill Slope

Angle

0

Soil Backfil

Friction Angle

AASHTO

(2007)

34

Spesifikasi

Gabion

Poisson Ratio 0.3

Modulus

Elastisitas

E 14x

105

k

P

a

Porosity N 0.3

Spesific

Gravity

G

s

3

Berat Jenis (1-

n)x(Gsx

w)

18 k

P

a

L 15 m

H 1 m

Berikut sketsa dari perkuatan lereng

Sungai Mulki :

Analisis StabilitasLereng dengan

Perkuatan Gabion Reinforced Soil

Structure

1. Stabilitas Eksternal

Stabilitas terhadap Overturning

pada pembebanan statik

Tekanan tanah aktif :

(

)

Untuk pembebanan seismik,

koefisien tekanan lateral

menjadi :

( )

[ ( ) ( )

( ) ]

didapatkan nilai Kae sebesar 0.8

Diketahui :

c = 19 kPa

= 32

Soil Reinforced Gabion infilling

stone

Wireme

sh

19 m

5,5 m

1.9 m

m = 15 kPa

sat = 15 kPa

w = 10 kPa

Surcharge = 31.2,

Didapatkan tekanan lateral

tanah aktif total sebesar

1140.96 kN.

Mencari lokasi titik berat

tekanan lateral tanah aktif total

(da) :

Untuk seismik :

Didapatkan tekanan lateral

tanah aktif total sebesar

1911.82 kN.

dan

Momen Overturning

Momen Resisting

Momen tahanan yang bekerja

pada tanah berasal dari berat

gabion juga tanah yang diberi

perkuatan.

Sehingga dapat dihitung

momen tahanan :

Kestabilan terhadap guling /

overturning dapat dihitung sebagai

berikut :

> 2

Seismik :

> 1.5

Stabilitas terhadap Sliding/Geser

Dengan

Total gaya vertikal

Sehingga didapatkan nilai angka

keamanan sebesar 4 > 1.5,

menyatakan bahwa dinding stabil

dari kegagalan geser. Untuk

Seismic didapatkan 2.3 > 1,1

Stabilitas terhadap Daya Dukung

Pemeriksaan eksentrisitas :

(

)

Dengan B = 24 m

(

)

(

)

Seismik :

Pemeriksaan eksentrisitas :

(

)

Dengan B = 24 m

(

)

(

)

Kapasitas daya dukung tanah dapat

dihitung menggunakan persamaan

kapasitas daya dukung ultimate

pada kasus pondasi dangkal, yaitu

Sehingga didapat nilai qu sebesar

3665.47 kN/m2 > 256.865 kN/m

2

Untuk Seismik nilai qu sebesar

3665.47 kN/m2 > 275.67 kN/m

2

Stabilitas Global menggunakan

PLAXIS 2D 8.2

E wire 2x108

kN/m2

Tensile Strength 80.3 kN/m

Regangan ijin 0.5 %

EA 10220 kN/m

SF=1.92

SF = 1.1

Bidang Keruntuhan saat Beban Statik

Bekerja dan Seismik pada Jangka

Panjang, SF = 1.92 dan SF =1.1

2. Stabilitas Internal

Stabilitas terhadap Kegagalan

Tarik

Menghitung Kapasitas

Tarik (RT)

Tensile Strength =

80.3 kN/m

SF = 1.5

Menghitung Angka

Keamanan

T max merupakan gaya

maksimum yang bekerja

pada tiap layer

z T max (Plaxis) RT

m kN kN

1 5.68 53.5 9.4

2 3.22 53.5 16.6

2.5 4.78 53.5 11.2

3 2.91 53.5 18.4

4 3.53 53.5 15.2

5 3.76 53.5 14.2

6 3.34 53.5 16.0

7 3.19 53.5 16.8

8 3.31 53.5 16.2

9 2.43 53.5 22.0

10 1.75 53.5 30.6

10.5 1.54 53.5 34.8

11 0.57 53.5 93.9

11.5 1.84 53.5 29.1

12 0.78 53.5 68.6

13 2.24 53.5 23.9

14 2.05 53.5 26.1

15 1.31 53.5 40.9

16 1.11 53.5 48.2

17 0.86 53.5 62.2

18 1.02 53.5 52.5

19 1.24 53.5 43.2

19.5 1.21 53.5 44.2

20 1.61 53.5 33.3

20.5 1.55 53.5 34.5

21 2.02 53.5 26.5

SF

a. Statik

b. Gempa

Dari hasil perhitungan di atas

seluruh perkuatan di tiap layer

melebihi nilai angka keamanan

minimum, yaitu 1.5 dan 1.35.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa

lereng dengan perkuatan stabil

terhadap kegagalan tarik.

Stabilitas terhadap Kegagalan

Cabut (Pullout Failure)

Menghitung panjang

penanaman yang melewati

bidang runtuh, (Le)

Di atas dinding, jarak X ke

bidang runtuh, sebesar 45,

dari belakang dinding

adalah :

Dengan

= 45

= 30

H = 21.25 m

Sehingga didapatkan,

X = 8.44 m

Pada tiap lapisan (layer),

panjang penanaman yang

melewati bidang runtuh, Le

Dengan B = 19 m, dan t = 2

m

Menghitung panjang

pananaman minimum,

untuk mendapatkan SF =

1.5 pada tiap lapisan (Lem)

Dengan fv adalah tegangan

tanah pada tiap lapisan

perkuatan dan adalah

scale correction factor yang

diasumsikan sebesar

0.65.Dari perhitungan di

atas untuk beban statik dan

seismik, semua panjang

penanaman (Le) melebihi

Lem sehingga dapat

dinyatakan aman.

z T max (Plaxis) RT

m kN kN

1 19.7 59.4815 3.0

2 30.02 59.4815 2.0

2.5 18.67 59.4815 3.2

3 32.82 59.4815 1.8

4 36.35 59.4815 1.6

5 36.23 59.4815 1.6

6 40.2 59.4815 1.5

7 41.46 59.4815 1.4

8 42.29 59.4815 1.4

9 43.83 59.4815 1.4

10 19.89 59.4815 3.0

10.5 15.39 59.4815 3.9

11 24.6 59.4815 2.4

11.5 21.67 59.4815 2.7

12 36.2 59.4815 1.6

13 44.2 59.4815 1.35

14 39.7 59.4815 1.5

15 31.27 59.4815 1.9

16 22.64 59.4815 2.6

17 18.09 59.4815 3.3

18 19.24 59.4815 3.1

19 19.56 59.4815 3.0

19.5 18.71 59.4815 3.2

20 20.04 59.4815 3.0

20.5 22.95 59.4815 2.6

21 38.93 59.4815 1.5

SF

Perencanaan Perkuatan Soil Nailing

Preliminary Design

Tinggi Dinding, H = 21.25 m

Face batter : = 30,

Backslope angle : = 0

Spacing : Sh = 2 m; Sv = 1.25 m

Nail inclination : i = 20

Nail Material : fy = 420 MPa

Surcharge = 31.12 kPa

1. Menentukan gaya aksial yang

dibutuhkan :

( )

dengan

= 0.31

Didapatkan

2. Menentukan kebutuhan diameter dan

panjang nail tendon

Agar tidak terjadi putus tulangan,

maka digunakan FS sebesar 1.8 untuk

desain awal, sehingga

Luas penampang butuh :

Dicoba menggunakan diameter sebesar

43 mm, panjang nail tendon, dicoba

sebesar 0.6H, digunakan 18 m. Berikut

sketsa desain perkuatan Soil Nailing

dengan panjang nailing 18 m, diameter

43 mm, dan inklinasi 20

Sketsa Perkuatan Soil Nailing Pada Lereng

Sungai MulkiAnalisis Stabilitas Lereng

dengan Perkuatan Soil Nailing

Analisis StabilitasLereng dengan

Perkuatan Soil Nailing

1. Stabilitas Eksternal Beban

Stabilitas Global menggunakan

Program Plaxis 2D.8.2

Perkuatan nailing pada program

Plaxis dimodelkan menggunakan

node to node anchor dengan

koreksi pada parameter kekakuan

aksial (EA), yang didapatkan dari

persamaan berikut :

(

) (

)

[

] (

)

Dimana

Eg = Modulus elastisitas shotcrete

En = Modulus elastisitas nailing

An =luas penampang soil nailing

A =Luas penampang soil nailing

yang telah tergrouting

Ag =Luas penampang grouting

(Ag = A-An)

Dari rumus di atas, didapatkan

nilai EA untuk nailing sebesar

65040.79 kN.

1.25 m

SF = 2

SF = 1.1

Bidang Runtuh yang Terjadi Saat

Pembebanan Statik dan Seismik

Jangka Panjang, SF =2 dan SF = 1.1

Dari perhitungan menggunakan

Plaxis, didapatkan angka keamanan

sebesar 2 > 1.5. Angka keamanan

tersebut menyatakan bahwa

perkuatan efektif dalam

menstabilkan lereng.

Stabilitas terhadap Sliding/Geser

Dari rumus di atas didapatkan :

Seismik :

2. Stabilitas Internal

Stabilitas terhadap Kegagalan

Tarik

Menghitung Kapasitas

Tarik (RT)

Fy = 420 MPa

Awire = 660.5 mm2

Menghitung Angka

Keamanan

T max merupakan gaya

maksimum yang bekerja

pada tiap layer

a. Statik

b. Gempa

Dari hasil perhitungan di

atas seluruhnya melebihi

nilai angka keamanan

minimum, yaitu 2 dan 1.35.

Sehingga dapat

disimpulkan bahwa lereng

dengan perkuatan stabil

terhadap kegagalan tarik.

Depth (z) Rt T max FS

m kN kN Statik

1.25 609.925 2.144 42.3

2.5 609.925 0.976 21.2

3.75 609.925 0.418 14.1

5 609.925 0.322 10.6

6.5 609.925 0.454 8.1

7.75 609.925 2.222 6.8

9 609.925 3.218 5.9

10.25 609.925 4.156 5.1

11.5 609.925 5.15 4.6

12.75 609.925 6.19 4.1

14 609.925 7.678 3.8

15.25 609.925 10.618 3.5

16.5 609.925 11.014 3.2

17.75 609.925 10.594 3.0

19 609.925 9.204 2.8

20.25 609.925 8 2.6

Depth (z) Rt T max SF

m kN kN Gempa

1.25 609.925 18.44 33.0762

2.5 609.925 26.43 23.077

3.75 609.925 33.718 18.089

5 609.925 41.542 14.6821

6.25 609.925 53.504 11.3996

7.5 609.925 61.57 9.9062

8.75 609.925 70.434 8.65952

10 609.925 75.426 8.0864

11.25 609.925 80.586 7.56862

12.5 609.925 88.494 6.89227

13.75 609.925 102.094 5.97415

15 609.925 125.766 4.84968

16.25 609.925 143.85 4.24

17.5 609.925 182.59 3.3404

18.75 609.925 252.384 2.41665

20 609.925 308.05 1.97995

Stabilitas terhadap Kegagalan

Cabut (Pullout Failure)

( ) ( )

( )

Menghitung panjang

penanaman yang melewati

bidang runtuh, (Lp)

*

+

L = panjang nail yang

digunakan, 18 m

H = Ketinggian dinding, 21.25

m

z = kedalaman

= sudut keruntuhan lereng,

diasumsikan 45

= sudut kemiringan lereng

I = kemiringan penanaman,

diambil 20

Menghitung kapasitas Pullout

(

a. Statik

b. Seismik

Seluruh faktor keamanan

memenuhi kriteria minimum

faktor keamanan, yaitu 1.8 dan

1.5.

SIMPULAN & SARAN

Simpulan dari tugas akhir ini adalah :

1. Desain perkuatan untuk lereng

dengan menggunakan Gabion

Reinforced Soil Structure dapat

meningkatkan angka keamanan

menjadi 1.9. Gabion yang

digunakan adalah tipe 5x8 dengan

panjang 200 cm, lebar 100 cm, dan

tinggi 100 cm yang dibagi dalam

dua kotak. Wiremesh yang

digunakan sebagai reinforcement

memiliki kuat putus sebesar 350

MPa (80.3 kN/m), diameter 2.7

mm, panjang penanaman sebesar

19 m serta spasi vertikal sebesar 1

m.

2. Desain perkuatan untuk lereng

dengan menggunakan Soil Nailing

meningkatkan angka keamanan

lereng menjadi sebesar 2.

Perkuatan menggunakan tulangan

baja dengan kuat leleh 420 Mpa,

Depth (z) Lp Rp T max SF

m m kN kN Gempa

1.25 2.39588 143.753 18.44 7.8

2.5 3.37114 202.268 26.43 7.7

3.75 4.34639 260.784 33.718 7.7

5 5.32165 319.299 41.542 7.7

6.5 6.49196 389.518 53.504 7.3

7.75 7.46722 448.033 61.57 7.3

9 8.44248 506.549 70.434 7.2

10.25 9.41773 565.064 75.426 7.5

11.5 10.393 623.579 80.586 7.7

12.75 11.3682 682.095 88.494 7.7

14 12.3435 740.61 102.094 7.3

15.25 13.3188 799.126 125.766 6.4

16.5 14.294 857.641 143.85 6.0

17.75 15.2693 916.157 182.59 5.0

19 16.2445 974.672 252.384 3.9

20.25 17.2198 1033.19 308.05 3.4

Depth (z) Lp Rp T max FS

m m kN kN Statik

1.25 2.39588 143.753 2.144 10.0

2.5 3.37114 202.268 0.976 7.0

3.75 4.34639 260.784 0.418 6.0

5 5.32165 319.299 0.322 5.5

6.5 6.49196 389.518 0.454 5.2

7.75 7.46722 448.033 2.222 5.0

9 8.44248 506.549 3.218 4.9

10.25 9.41773 565.064 4.156 4.8

11.5 10.393 623.579 5.15 4.7

12.75 11.3682 682.095 6.19 4.6

14 12.3435 740.61 7.678 4.6

15.25 13.3188 799.126 10.618 4.5

16.5 14.294 857.641 11.014 4.5

17.75 15.2693 916.157 10.594 4.5

19 16.2445 974.672 9.204 4.4

20.25 17.2198 1033.19 8 4.4

diameter tulangan 43 mm , panjang

tulangan 18 m dengan sudut

inkilinasi 20 serta spasi horizontal

dan vertikal sebesar 2 m dan 1,25

m.

3. Alternatif perkuatan yang dipilih

adalah perkuatan Gabion

Reinforced Soil Structure.

Perkuatan ini dipilih karena dinilai

lebih ekonomis dalam pengadaan

material dan konstruksi yang

sederhana dan mudah serta efektif

meningkatkan kestabilan lereng.

Saran dari tugas akhir ini adalah :

1. Dalam melakukan back

calculation analysis sebaiknya

diketahui kedalaman kelongsoran

sehingga bisa didapatkan

parameter yang tepat untuk

digunakan dalam desain dan

analisis.

2. Dalam melakukan back

calculation analysis sebaiknya

juga menggunakan software

lainnya seperti GEOSLOPE agar

dapat menjadi pembanding untuk

mencari bidang longsor yang

paling kritis sehingga bisa

mendapat parameter yang tepat.

3. Bidang keruntuhan yang

didapatkan oleh Plaxis tidak

menunjukkan bidang keruntuhan

dari Safety Factor yang

sebenarnya, sehingga untuk benar-

benar mengetahui posisi bidang

keruntuhan, hasil analisis perlu

dibandingkan menggunakan

program komputer lain seperti

GEOSLOPE.

PUSTAKA

Shepherd, C.E. 2004. Modular Gabion

Systems : Gabion Walls Design.

Houston C.E Shepherd Company

Byrne, R.J, D. Cotton, J. Potterfield, C.

Wolschlag, G. Ueblacker.1998.

FHWA-SA-96-069R Manual for

Design & Construction Monitoring

of Soil Nail Walls.Virginia