7 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Lereng Lereng merupakan suatu

7
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Lereng
Lereng merupakan suatu kondisi permukaan tanah dimana terdapat perbedaan
elevasi antara satu daerah dengan daerah yang lain dan membentuk kemiringan tertentu.
Berdasarkan asal pembentukannya, lereng terbagi menjadi 2 macam, yaitu lereng yang
terbentuk oleh alam seperti bukit dan sungai, dan lereng yang terbentuk akibat ulah
manusia, seperti galian atau timbunan yang digunakan untuk jalan raya, bendungan,
tanggul, dan lainnya.
Tanah yang yang tidak datar seperti lereng menghasilkan komponen gravitasi
dan berat yang cenderung menggerakkan massa tanah dari elevasi tinggi ke rendah.
Gaya penggerak ini dapat pula disebabkan oleh air dan gempa.
Gaya-gaya tersebut akan menghasilkan tegangan geser pada seluruh massa tanah
dan apabila tegangan lebih kecil daripada gaya penggerak yang terjadi maka dapat
terjadi kelongsoran atau kelongsoran lereng.
2.1.1. Kelongsoran lereng
Kelongsoran tanah merupakan proses perpindahan massa tanah secara alami dari
tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah. Pergerakan tanah ini terjadi karena
perubahan keseimbangan daya dukung tanah, dan akan berhenti setelah mencapai
keseimbangan yang baru. Longsoran umumnya terjadi jika tanah sudah tidak mampu
lagi menahan berat lapisan tanah di atasnya karena ada penambahan beban pada
8
permukaan lereng sehingga daya ikat antara butiran tanah menjadi berkurang dan
mengakibatkan menurunnya kuat geser tanah dan peningkatan tegangan geser tanah.
Meskipun penyebab utama kejadian ini adalah gravitasi yang mempengaruhi
suatu lereng yang curam, namun ada pula faktor-faktor lainnya yang turut berpengaruh,
yaitu :
Curah hujan
Air hujan yang masuk ke dalam tanah dalam periode yang relatif lama, membuat
tanah menjadi jenuh (saturated) dan mengakibatkan longsor .
Erosi
Air dan angin yang secara terus menerus mengikis lereng baik pada lereng
buatan manusia maupun alami menyebabkan terjadinya perubahan geometri lereng,
sehingga akhirnya tanah tersebut longsor.
Gempa
Gempa menimbulkan gaya dinamik khususnya gaya tegangan geser yang akan
mengurangi kekuatan dan kekakuan lapisan tanah.
Beban luar
Beban luar yang berlebihan pada lereng mendorong lereng untuk mengalami
pergerakkan dan mengakibatkan kelongsoran.
Penurunan muka air secara tiba-tiba
Sebagai contoh dari penurunan muka air secara tiba-tiba adalah penurunan muka
air tanah di sisi depan waduk yang menyebabkan tekanan air tanah dibelakang waduk
akan meningkat karena tekanan air pori tidak terdisipasi, sehingga mengakibatkan terjadi
kenaikan tegangan lateral di belakang waduk yang pada akhirnya menjadi gaya
pendorong kelongsoran pada tubuh waduk.
9
Aktivitas konstruksi
Kegiatan konstruksi di sekitar kaki lereng sering menyebabkan terjadinya
kelongsoran karena hilangnya perlawanan gaya ke samping. Aktivitas konstruksi dibagi
menjadi 2 macam, yaitu :
ƒ
Galian lereng
Ketika galian terjadi, tegangan total akan menghilang dan menghasilkan
tekanan pori-pori air negatif dalam tanah. Seiring dengan waktu, tekanan pori-pori
negatif akan menghilang karena berkurangnya tekanan efektif dan juga sebagai
akibat dari menurunnya gaya geser dalam tanah. Pada saat gaya geser tanah
menurun, kelongsoran rentan terjadi.
ƒ
Timbunan lereng
Timbunan lereng biasanya berupa konstruksi tanggul. Tanah yang berada
diatas timbunan selanjutnya disebut sebagai pondasi tanah. Jika pondasi tanah
tersebut jenuh,
maka tekanan pori-pori air positif akan diturunkan dari berat
timbunan dan proses pemadatan. Tekanan efektif berkurang sebagai akibat
berkurangnya gaya geser. Dan seiringnya waktu, tekanan pori-pori air positif akan
menghilang dan tekanan efektif akan meningkat seiring dengan meningkatnya gaya
geser dalam tanah. Kegagalan konstruksi biasanya terjadi selama ataupun sesudah
konstruksi.
10
Gambar 2.1. Kelongsoran lereng
(Iing seismic performance conference)
Kelongsoran tanah banyak terjadi di perbukitan yang memiliki ciri-ciri :
Kecuraman lereng lebih dari 30 derajat
Curah hujan tinggi
Terdapat lapisan tebal (lebih dari 2 meter) menumpang di atas tanah / batuan
yang lebih keras
Tanah lereng terbuka yang dimanfaatkan sebagai pemukiman, ladang, sawah
atau kolam
Menurut Giani (1992) akibat dari ketidakstabilan lereng, dapat berupa longsoran,
runtuhan, guguran, aliran dan kombinasi dari berbagai gerakan tersebut. Semua bentuk
gerakan tersebut, umumnya dipengaruhi oleh formasi geologi yaitu lapisan batuan, dan
pelapukan batuan dan tanah.
Jenis-jenis gerakan kelongsoran tanah yang biasanya terjadi selama ini, yakni:
Kelongsoran translasi
Kelongsoran translasi merupakan peristiwa yang terjadi pada bidang lemah.
Umumnya terjadi pada tanah berbutir kasar
11
Gambar 2.2. Kelongsoran Translasi
Kelongsoran rotasi
Kelongsoran rotasi merupakan peristiwa kelongsoran yang terjadi pada tanah
berbutir halus dan mempunyai titik putaran pada sumbu bidang yang paralel dengan
lereng. Potongannya dapat berupa busur lingkaran dan kurva bukan lingkaran. Pada
umumnya, kelongsoran berupa busur lingkaran berhubungan dengan kondisi tanah yang
homogen, dan kelongsoran bukan lingkaran berhubungan dengan kondisi tanah yang
tidak homogen.
Gambar 2.3. Kelongsoran Rotasi
12
Jenis-jenis kelongsoran rotasi yang sering terjadi :
ƒ
Kelongsoran dasar (base slide), kelongsoran yang bidang kelongsorannya
membentuk bidang busur lingkaran pada seluruh bidang lereng. Pada umumnya
disebabkan karena terdapatnya suatu lapisan lunak pada lapisan atas tanah yang
keras.
ƒ
Kelongsoran lereng (slope slide), kelongsoran yang permukaan kelongsorannya
sampai bidang lereng dan belum melewati ujung kaki lereng.
ƒ
Kelongsoran ujung kaki lereng (toe slide), kelongsoran yang permukaan bidang
kelongsorannya melalui ujung kaki lereng.
Gambar 2.4. Jenis-jenis kelongsoran rotasi
13
Kelongsoran kombinasi
Kelongsoran kombinasi merupakan kelongsoran yang terjadi akibat kombinasi
kelongsoran translasi dan kelongsoran rotasi, biasa terjadi pada batuan yang sudah
lapuk.
Rotasi
Translasi
Gambar 2.5 Kelongsoran kombinasi
Jatuhan bebas
Jatuhan bebas atau rolling merupakan peristiwa jatuhnya massa tanah atau batu
yang disebabkan oleh hilangnya kontak dengan permukaan tanah.
Jungkiran
Jungkiran atau topless merupakan peristiwa yang terjadi akibat adanya momen
guling yang bekerja pada suatu titik putar di bawah suatu titik massa. Peristiwa
jungkiran ini biasa terjadi pada batuan yang mempunyai banyak kekar atau garis putusputus.
Aliran
Aliran merupakan peristiwa dimana pola kelongsorannya terjadi seperti prilaku
air mengalir, dimana tanah yang jenuh air mengalir ketempat yang lebih rendah bersama
air.
14
2.1.2. Kekuatan Geser Tanah
Untuk menganalisa masalah stabilitas tanah seperti daya dukung, stabilitas
lereng, dan tekanan tanah ke samping pada lereng maupun tembok penahan tanah, mulamula harus diketahui sifat-sifat ketahanan dari pergeseran tanah terebut.
Mohr (1980) menyuguhkan sebuah teori tentang kelongsoran pada material yang
menyatakan bahwa kelongsoran terjadi pada suatu material akibat kombinasi kritis
antara tegangan normal dan geser, dan bukan hanya akibat tegangan normal maksimum
atau tegangan geser maksimum saja. Hubungan antara tegangan normal dan geser pada
sebuah bidang kelongsoran dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut :
=
τf
f( σ )
( 2.1 )
Dimana :
τf
=
Tegangan geser pada saat terjadinya kelongsoran
f( σ )
=
Tegangan normal pada saat terjadinya kelongsoran
Kekuatan geser suatu massa tanah merupakan perlawanan internal tanah tersebut
per satuan luas terhadap kelongsoran atau pergeseran sepanjang bidang geser dalam
tanah yang dimaksud. Berdasarkan pengertian tersebut, pembebanan yang dialami tanah
akan ditahan oleh :
ƒ
Kohesi tanah yang bergantung pada jenis tanah dan kepadatannya, tetapi tidak
bergantung dari tegangan normal yang bekerja pada tegangan geser.
ƒ
Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan
tegangan normal pada bidang gesernya.
Garis kelongsoran ( failure envelope ) yang dinyatakan pada persamaan 2.1
sebenarnya berbentuk garis lengkung. Untuk sebagian besar masalah-masalah mekanika
tanah, garis tersebut cukup didekati dengan sebuah garis lurus yang menunjukkan
15
hubungan linear antara tegangan normal dan geser (coulomb, 1776). Persamaan itu dapat
ditulis sebagai berikut :
τf
=
c + σ tan Ø
( 2.2 )
Dimana :
c
=
Kohesi
Ø
=
Sudut geser internal
Hubungan tersebut disebut juga sebagai kriteria kelongsoran Mohr – Coulomb.
Gambar 2.6. Garis kelongsoran menurut Mohr
( Braja M Das – 1995 )
Bila tegangan normal dan geser pada sebuah bidang dalam suatu massa tanah
sedemikian rupa, sehingga tegangan–tegangan tersebut dapat digambarkan sebagai titik
A dalam gambar 2.6 maka kelongsoran geser tidak akan terjadi. Tetapi bila tegangan
normal dan geser yang bekerja pada suatu bidang lain dapat digambarkan sebagai titik
B (yang tepat berada pada garis kelongsoran), maka kelongsoran geser akan terjadi pada
16
bidang tersebut. Suatu keadaan kombinasi tegangan yang berwujud titik C tidak
mungkin terjadi karena bila titik tersebut tergambar di atas garis kelongsoran,
kelongsoran geser pasti sudah terjadi sebelumnya.
Parameter kuat geser tanah ditentukan dari uji-uji laboratorium pada benda uji
yang diambil lapangan.
2.1.3. Stabilitas Lereng
Pada permukaan tanah yang tidak datar, komponen gravitasi cenderung untuk
menggerakkan partikel tanah ke tempat yang mempunyai elevasi lebih rendah. Jika
komponen gravitasi begitu besar sehingga perlawanan terhadap geseran yang dapat
dikembangkan oleh bidang longsornya tanah terlampaui, maka akan terjadi longsoran.
Analisa stabilitas tanah pada permukaan yang miring ini disebut sebagai stabilitas
lereng. Analisis ini sering dilakukan dalam proses perancangan bangunan, untuk
menghindari terjadinya pergerakan, selain itu juga digunakan untuk memeriksa
keamanan dari lereng alam, lereng galian, dan lereng urugan tanah.
Metode yang paling umum digunakan dalam analisa kestabilan lereng didasarkan
pada metode keseimbangan batas. Pada metode ini akan diperoleh faktor keamanan
suatu lereng, dengan cara membandingkan gaya yang mempertahankan massa tanah agar
tetap stabil dengan gaya yang menggerakkan massa tanah sepanjang bidang longsor.
Gaya/momen yang mempertahankan massa tanah untuk tetap stabil diperoleh dari gaya
perlawanan geser tanah itu sendiri, dengan membandingkan kedua gaya tersebut maka
diperoleh faktor keamanan untuk kestabilan lereng (FK).
( 2.3 )
17
Kisaran faktor keamanan suatu lereng ditinjau dari kerentanan gerak tanah,
batasan faktor keamanan yang dikemukakan oleh Ward (1976) adalah :
F < 1,2
:
Kerentanan tinggi, gerakan tanah sering terjadi
1,2 < F < 1,7
:
Kerentanan menengah, gerakan tanah dapat terjadi
1,7 < F < 2,0
:
Kerentanan rendah, gerakan tanah jarang terjadi
Sedangkan batasan-batasan faktor keamanan menurut Lazarte (2003) dapat
dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Faktor keamanan minimum
Minimum Factor of safety
Resisiting Component
Symbol
Static
Load
Seismic
Load
Global Stability ( Long-term condition)
FSG
1,5
1,1
st
Global Stability ( 1 Excavation Lift )
FSG
1,2
NA
Bearing Capacity (1)
FSH
3,0
2,3
Sliding Capacity (1)
FSSL
1,5
1,1
Pullout Resistance
FSP
2,0
1,5
Nail Bar Tensile Strength
FST
1,8
1,35
Facing Flexure
FSFF
1,5
1,1
Facing Puncing Shear Failure
FSFP
1,5
1,1
FSHT
2,0
1,5
Headed-stud Tensile Failure (A307 Bolt)
( Lazarte, 2003 )
Beberapa analisa stabilitas lereng yang menggunakan teori kesetimbangan batas
dan berdasarkan kriteria kelongsoran Mohr Coloumb adalah :
a.
Kesetimbangan gaya
Metode yang menggunakan teori kesetimbangan gaya adalah:
Ordinary Method of Slices (OMS)
18
Simplified Bishop
Simplified Janbu
Corps of Engineer
Lowe and Karafiath
Generalized Janbu
b.
Kesetimbangan gaya dan momen
Metode yang menggunakan teori kesetimbangan gaya dan momen adalah :
Bishop Rigorous
Spencer
Sarma
Morgenstern-Price
Dengan kemajuan teknologi, proses perhitungan analisa kestabilan lereng dapat
dilakukan dengan bantuan program komputer, beberapa diantaranya adalah:
Program GGU yang menggunakan metode numerik
Program Plaxis, yang menggunakan metode elemen hingga
Program Slope/w dari GEO-SLOPE yang menggunakan metode kesetimbangan
gaya, dan
Program Stable, yang juga menggunakan metode kesetimbangan gaya
2.1.4. Metode Irisan
Salah satu metode yang menggunakan prinsip keseimbangan batas adalah
metode irisan. Analisa stabilitas dengan menggunakan metode irisan dapat dijelaskan
menggunakan gambar 2.7. Metode ini menggunakan kesetimbangan gaya dengan
19
membagi blok kelongsoran menjadi bagian yang lebih kecil (slices) dan tegak. Lebar
dari tiap-tiap irisan tidak harus sama.
Gambar 2.7. Pembagian blok kelongsoran menurut metode irisan
Gambar 2.8. Detail potongan irisan dan gaya-gaya yang berlaku menurut metode irisan
20
Keterangan-keterangan dari gambar 2.8 adalah :
FK
=
Faktor keamanan
Sn
=
Kuat geser pada bidang yang dituju
Sm
=
Kuat geser pada dasar bidang
Um
=
Tekanan air pori
Uβ
=
Tekanan air permukaan
W
=
Luas irisan
N’
=
Tekanan normal efektif
Q
=
Beban luar
Kv
=
Koefisien gempa vertikal
Kh
=
Koefisien gempa horizontal
hα
=
Tinggi dari titik pusat ke dasar irisan
h
=
Tinggi rata-rata irisan
α
=
Besar sudut pada dasar irisan
β
=
Besar sudut pada sisi atas irisan
b
=
Lebar lapisan
Metode Irisan terbagi lagi menjadi beberapa macam teori, yaitu :
Metode irisan yang sederhana (Ordinary Method of Slices)
Untuk mendapatkan angka keamanan yang minimum, yaitu angka keamanan
untuk lingkaran kritis, beberapa percobaan dengan cara mengubah letak pusat lingkaran
yang dicoba. Metode ini disebut sebagai metode irisan yang sederhana (ordinary method
of slices).
21
Cara mencari nilai faktor keamanan pada metode irisan sederhana adalah :
( 2.4 )
( 2.5 )
( 2.6 )
( 2.7 )
( 2.8 )
Dimana :
F
=
Faktor keamanan
C
=
Faktor kohesi tanah
N
=
Tekanan gaya efektif
W
=
Luas irisan
U
=
Tekanan air pori
α
=
Sudut kelongsoran yang dihitung pada bawah irisan
β
=
Sudut kelongsoran yang dihitung pada atas irisan
h
=
Tinggi irisan
k
=
Koefisien tekanan lateral tanah
Metode Irisan Bishop yang disederhanakan ( Simplified Bishop Method )
Pada tahun 1955, Bishop memperkenalkan suatu penyelesaian yang lebih teliti
dari pada metode irisan yang sederhana. Dalam metode ini, pengaruh gaya-gaya pada
sisi tepi tiap irisan diperhitungkan. Selain itu pada metode ini, lereng yang terdiri dari
berlapis-lapis tanah dapat dianalisa.
22
Cara mencari nilai faktor keamanan pada metode irisan Bishop yang
disederhanakan adalah :
( 2.9 )
( 2.10 )
Dimana :
F
=
Faktor Keamanan
C
=
Faktor kohesi tanah
N
=
Tekanan gaya efektif
W
=
Luas irisan
U
=
Tekanan air pori
α
=
Sudut kelongsoran yang dihitung pada bawah irisan
β
=
Sudut kelongsoran yang dihitung pada atas irisan
h
=
Tinggi Irisan
k
=
Koefisien tekanan lateral tanah
Metode Bishop yang disederhanakan ini mungkin merupakan metode yang
paling banyak digunakan.
Metode Janbu yang sudah disederhanakan ( Simplified Janbu Method )
Pada metode Janbu yang disederhanakan, faktor keamanan didapat dari persamaan :
( 2.11 )
( 2.12 )
( 2.13 )
23
( 2.14 )
Dimana :
F
=
Faktor keamanan
C
=
Faktor kohesi tanah
N
=
Tekanan gaya efektif
W
=
Luas irisan
U
=
Tekanan air pori
α
=
Sudut kelongsoran yang dihitung pada bawah irisan
β
=
Sudut kelongsoran yang dihitung pada atas irisan
h
=
Tinggi irisan
k
=
Koefisien tekanan lateral tanah
Faktor keamanan dari rumus ini perlu dikoreksi kembali dengan faktor korektif fo yang
diperoleh dari grafik berikut :
Gambar 2.9. Grafik fo
(Materi kuliah mekanika tanah Universitas Bina Nusantara - 2004)
24
2.1.5. Konstruksi Penahan Tanah
Penanggulangan kelongsoran tanah dapat dilakukan dengan penggunaan
konstruksi perkuatan, beberapa diantaranya adalah :
Dinding penahan tanah konvensional (Gravity wall)
Dinding penahan tanah adalah suatu dinding yang direncanakan untuk menahan
permukaan tanah yang memiliki perbedaan tinggi pada masing-masing sisi.
Mengandalkan berat sendiri dan gesekan tanah dasar untuk memikul gaya-gaya
longsoran seperti tekanan lateral. Umumnya konstruksi ini dibuat dari material pasangan
batu kali atau beton bertulang, dan campuran dari keduanya.
Gambar 2.10. Dinding penahan tanah
Soil Nailing (Tie Back)
Soil Nailing adalah konstruksi perkuatan yang menggunakan batangan-batangan
besi sebagai pemotong garis kelongsoran lereng. Cara aplikasi meode ini adalah dengan
memasukkan / menyuntikkan batang besi batangan ke dalam lereng.
25
Gambar 2.11. Soil nailing
Konstruksi sheet pile atau tiang pancang
Konstruksi yang pada prinsipnya mengandalkan gaya-gaya pasif dari tanah dasar
dan kekakuan konstruksi sheet pile. Umumnya terbuat dari beton bertulang.
Gambar 2.12. Sheet pile cantilever wall of soldier pile
Perkuatan material geosintetik
Konstruksi yang pada prinsipnya menggunakan material geosintetik selaku
elemen perkuatan dan bertujuan untuk memotong garis kelongsoran.
26
Gambar 2.13. Konstruksi Geotekstil
2.2. Geosintetik
Geosintetik merupakan material yang terbuat dari bahan-bahan sintetik dan
sudah banyak digunakan sebagai solusi dalam masalah-masalah geoteknik seperti
kelongsoran lereng dan timbunan, penurunan konsolidasi, konstruksi perkuatan lereng /
timbunan, dan juga memberikan ketahanan yang cukup baik terhadap gempa.
Geosintetik dibagi menjadi beberapa golongan seperti geotekstil, geogrid,
geomembran, dan lain sebagainya, mempunyai beberapa fungsi utama seperti separasi,
filtrasi, perkuatan, drainase, proteksi, dan lapisan kedap.
2.2.1
Geotekstil Woven
Geotekstil merupakan salah satu bagian dari geosintetik yang terbuat dari bahan
serat polymer, dan bersifat flexibel dan mudah dilalui air. Geotekstil ini dapat digunakan
untuk berbagai kebutuhan untuk memperbaiki daya dukung tanah atau sebagai alat untuk
melindungi tanah dari erosi dan memberikan kestabilan pada tanah. Pertama kali
digunakan pada tahun 1958 untuk bangunan air di Florida.
27
Karena sifatnya yang mudah untuk dilalui oleh air, geotekstil mempunyai
kegunaan yang cukup banyak. Secara garis besar, fungsi utama dari geotekstil adalah:
a. Separasi
b. Perkuatan
c. Filtrasi
d. Drainase
e. Proteksi
Berdasarkan bentuk anyamannya, geotekstil dibagi menjadi 2 macam, yaitu :
geotekstil Woven, yang dianyam secara teratur, dan geotekstil Nonwoven, yang dianyam
secara acak menggunakan jarum atau dilekatkan dengan resin atau dipanaskan hingga
menempel. Dalam analisa ini, jenis geosintetik yang digunakan adalah Geotekstil woven.
Jenis –jenis geotekstil woven :
a. Woven monofilament
b. Woven multifilament
c. Woven slit-film monofilament
d. Woven slit-film multifilament
28
Gambar 2.14. Geotekstil Woven
(Distributor material geosintetik)
Gambar 2.15. Aplikasi geotekstil woven di lapangan
(Distributor material geosintetik)
29
2.3. Perancangan perkuatan lereng menggunakan geotekstil woven
Untuk mengatasi kelongsoran atau kelongsoran lereng, banyak dilakukan usahausaha untuk perbaikan tanah, salah satunya adalah dengan menggunakan perkuatan
konstruksi geotekstil woven yang memiliki kemampuan bertahan pada kondisi
lingkungan yang memiliki sifat merusak lebih baik dibandingkan dengan perkuatan yang
terbuat dari baja.
Pendekatan desain geotekstil woven yang digunakan pada prinsipnya
mengasumsikan konstruksi lereng di atas tanah pendukung yang stabil dengan
mempertimbangkan tiga model kelongsoran, yaitu:
Kelongsoran internal, dengan bidang kelongsoran yang masuk dan melewati
elemen perkuatan.
Kelongsoran eksternal, dengan permukaan kelongsoran lewat di belakang massa
perkuatan.
Kelongsoran gabungan, dengan permukaan kelongsoran lewat di belakang dan di
dalam massa perkuatan.
Lereng yang memiliki sudut kemiringan ≤ 45° disebut sebagai Shallow slope dan
lereng yang memiliki kemiringan sudut > 45° disebut sebagai Steep Slope.
Untuk perhitungan kesetimbangan lereng, biasa digunakan aplikasi komputer
sebagai alat bantu. Jewell, Ruegger dan Schmertmann adalah beberapa peneliti yang
telah berhasil membuat grafik mengenai panjang penjangkaran berdasarkan metode
kesetimbangan gaya. Untuk timbunan yang besar dan tinggi dimana kegagalan lereng
rentan terjadi, grafik Ruegger dan Schmertmann dapat digunakan secara akurat. Untuk
timbunan sedang, dan rendah dapat menggunakan grafik dan metode Jewell (1990).
30
Dalam proses perancangan perkuatan geotekstil woven, faktor utama yang
ditentukan adalah kuat tarik tarik material.
a. Kuat tarik batas (Tultimit).
Kuat tarik batas adalah kuat tarik puncak geotekstil woven (kN/m), yang
diperoleh dari uji tarik lebar dan berdasarkan nilai gulungan minimum rata-ratanya.
b. Kuat tarik yang diizinkan (Tdesain)
Kuat tarik yang diizinkan diperhitungkan terhadap faktor keamanan keseluruhan
yang mencakup berbagai asumsi desain meliputi beban berat, penempatan dan
konsistansi timbunan. Bila sambungan atau keliman perkuatan dilakukan maka akan
mengurangi kekuatan geotekstil woven.
( 2.15 )
Dimana :
FK
=
RFsmbg =
Faktor keamanan keseluruhan
Faktor sambungan yang diambil dari rasio antara kekuatan benda uji yang
tidak tersambung dengan benda uji yang tersambung dengan benda uji
tersambung.
31
Gambar 2.16. Detail panjang penjangkaran dan tebal lapisan geotekstil
2.3.1. Perancangan geotekstil menggunakan metode Jewell (1990)
Mengacu pada metode Jewell (1990), didapat koefisien tegangan lateral tanah
untuk menghitung tebal antar lapisan (Svj) dan ratio panjang penjangkaran terhadap
tinggi untuk menentukan panjang perkuatan (Lej). Kedua parameter ini diperoleh dari
grafik Jewell (terlampir) dan tergantung pada nilai kuat geser dan ratio tegangan air pori
tanah.
Persamaan untuk menghitung tebal antar lapisan geotekstil dengan menggunakan
metode Jewell adalah :
( 2.16 )
Dimana :
Svj
=
Tebal tanah antar lapisan geosintetik
Kreq
=
Koefisien tegangan lateral tanah, didapat dari grafik Jewell (terlampir)
32
Zmax
=
Ketinggian lereng maksimum
γ
=
Berat isi volume tanah
Dan juga perhitungan nilai n, jumlah lapisan geotekstil yang digunakan adalah:
( 2.17 )
Dimana :
n
=
Jumlah lapisan
H
=
Tinggi lereng
Untuk menentukan panjang penjangkaran (Lej), yaitu :
Lej
=
(LR / H) x H
( 2.18 )
Dengan ketentuan :
Jika (LR / H)ovrl lebih besar dari pada (LR / H)ds maka yang digunakan adalah (LR / H)ovrl
Jika (LR / H)ds lebih besar dari pada (LR / H)ovrl maka yang digunakan pada lapisan
bawah adalah (LR / H)ds dan lapisan selanjutnya adalah (LR / H)ovrl.
Dimana :
Lej
=
(LR / H) =
Panjang penjangkaran geotekstil
Ratio panjang penjangkaran terhadap tinggi, didapat dari grafik Jewell
(1990)
2.3.2. Perhitungan Stabilitas Eksternal
Perhitungan panjang penjangkaran tebal lapisan, dan kuat tarik geotekstil woven
seperti yang disajikan pada subbab 2.3 merupakan analisa terhadap stabilitas internal.
Hasil dari perhitungan tersebut akan dianalisa kembali terhadap stabilitas eksternal
Perhitungan stabilitas eksternal meliputi perhitungan stabilitas geser, stabilitas guling,
33
stabilitas akibat kelongsoran daya dukung lokal pada kaki timbunan, serta stabilitas
global/overall.
Untuk menghitung stabilitas geser, dapat digunakan persamaan :
( 2.19 )
( 2.20 )
( 2.21 )
( 2.22 )
( 2.23 )
Dimana :
F
=
Gaya tahan terhadap stabilitas ggeser
P
=
Gaya dorong yang bekerja
Untuk menghitung stabilitas guling, dapat digunakan persamaan :
( 2.24 )
( 2.25 )
( 2.26 )
Dimana :
Mov
=
Momen guling
Ms
=
Momen stabilitas
Stabilitas akibat kelongsoran daya dukung lokal dihitung dengan :
( 2.27 )
34
2.4. GEMPA
Gempa adalah peristiwa alam berupa getaran / goncangan tanah yang diawali oleh
patahnya lapisan tanah / batuan di dalam kulit bumi dan diikuti pelepasan energi secara
mendadak. Energi tersebut terakumulasi secara bertahap di lokasi sumber gempa sebagai
energi potensial. Patahan / pelepasan energi terjadi pada saat batuan di lokasi sumber
sudah tidak mampu lagi menahan gaya yang ditimbulkan oleh gerak relatif antar blok
batuan itu. Besar kecilnya daya tahan batuan menentukan besar kecilnya kekuatan
gempa yang terjadi. Berdasarkan sumber gempa, Gempa bumi dapat diklasifikasikan
menjadi beberapa macam yaitu:
Gempa bumi tektonik
Gempa bumi yang terjadi karena adanya pelepasan energi akibat pergerakan
lempeng tektonik.
Gempa bumi vulkanik
Gempa bumi yang terjadi akibat aktifitas magma pada gunung berapi.
Gempa bumi runtuhan
Gempa bumi yang terjadi karena adanya runtuhan pada daerah longsor.
Gempa bumi buatan
Gempa bumi yang sengaja dibuat oleh manusia.
Kedalaman sumber gempa adalah jarak dari titik fokus gempa (hiposenter)
dengan permukaan diatas fokus (episenter).
Klasifikasi kedalaman sumber gempa, yaitu:
Gempa dangkal
Gempa yang kedalamannya kurang dari 60 km (h = 0 – 60 km).
35
Gempa menengah
Gempa yang kedalamannya antara 61 – 300 km (h = 61- 300 km).
Gempa dalam
Gempa yang kedalamannya lebih dari 300 km (h > 3 00 km).
Gambar 2.17. Pembagian lempeng dunia
(Internet)
Indonesia terletak pada pertemuan 3 lempeng utama dunia yaitu lempeng
Australia, Eurasia, dan Pasifik. Lempeng Eurasia dan Australia bertumbukan di lepas
pantai barat Pulau Sumatera, lepas pantai selatan pulau Jawa, lepas pantai Selatan
kepulauan Nusa Tenggara, dan berbelok ke arah utara ke perairan Maluku sebelah
selatan. Antara lempeng Australia dengan Pasifik terjadi tumbukan di sekitar Pulau
Papua. Sementara pertemuan antara ketiga lempeng itu terjadi di sekitar Sulawesi. Itulah
sebabnya mengapa di pulau-pulau sekitar pertemuan 3 lempeng itu sering terjadi gempa.
36
Lempeng samudera yang rapat massanya lebih besar ketika bertumbukkan
dengan lempeng benua di zona tumbukan (subduksi) akan menyusup ke bawah. Gerakan
lempeng itu akan mengalami perlambatan akibat gesekan dari selubung bumi.
Perlambatan gerak itu menyebabkan penumpukkan energi di zona subduksi dan zona
patahan. Akibatnya di zona-zona itu terjadi tekanan, tarikan, dan geseran. Pada saat
batas elastisitas lempeng terlampaui, maka terjadilah patahan batuan yang diikuti oleh
lepasnya energi secara tiba-tiba. Proses ini menimbulkan getaran partikel ke segala arah.
Gambar 2.18. Peta kepulauan Indonesia pada pertemuan 3 lempeng
(Internet)
Berikut ini adalah 25 Daerah Wilayah Rawan Gempa Indonesia yaitu: Aceh,
Sumatera Utara (Simeulue), Sumatera Barat - Jambi, Bengkulu, Lampung, Banten
Pandeglang, Jawa Barat, Banten, Bantar Kawung, Yogyakarta, Lasem, Jawa Timur,
Bali, NTB, NTT, Kepulauan Aru, Sulawesi Selatan, Sulawesi Tenggara, Sulawesi
37
Tengah, Sulawesi Utara, Sangir Talaud, Maluku Utara, Maluku Selatan, Kepala BurungPapua Utara, Jayapura, Nabire, Wamena, dan Kalimantan Timur.
Untuk Banten (lokasi penelitian) sumber-sumber gempa terdapat pada zona
subduksi pada pertemuan lempeng Australia dan lempeng Eurasia di Samudra Hindia
dan ujung selatan Selat Sunda, serta disemua sesar (patahan) aktif di daratan.
Intensitas gempa adalah tingkat kerusakan yang terasa pada lokasi terjadinya.
Angkanya ditentukan dengan menilai kerusakan yang dihasilkan, pengaruhnya pada
benda-benda, bangunan, dan tanah, dan akibatnya pada orang-orang. Dapat ditentukan
dengan 2 cara, yaitu secara kuantitatif, dinyatakan sebagai percepatan puncak muka
tanah (Peak Ground acceleration atau PGA) dan secara kualitatif, dinyatakan menurut
persepsi, perasaan dan pengelihatan manusia, terbagi dalam berbagai skala (RossiForrel, Cancani, Mercalli, Medvedev, dll) namun, yang diakui secara Internasional pada
saat ini adalah skala MMI (Modified Mercalli Intensity) diperkenalkan oleh Giuseppe
Mercalli pada tahun 1902.
Tabel 2.2. Skala MMI
Skala MMI
Ciri-ciri
I
Sangat jarang/hampir tidak ada orang dapat merasakan, tapi tercatat
pada alat seismograf.
II
Terasa oleh sedikit sekali orang terutama yang ada di gedung tinggi,
sebagian besar orang tidak dapat merasakan.
III
Terasa oleh sedikit orang, khususnya yang berada di gedung tinggi.
Mobil yang parkir sedikit bergetar, getaran seperti akibat truk yang
lewat.
IV
Pada siang hari akan terasa oleh banyak orang dalam ruangan, diluar
ruangan hanya sedikit yang bisa merasakan. Pada malam hari sebagian
38
orang bisa terbangun. piring, jendela, pintu, dinding mengeluarkan
bunyi retakan, lampu gantung bergoyang.
V
Dirasakan hampir oleh semua orang, pada malam hari sebagian besar
orang tidur akan terbangun, barang di atas meja terjatuh, plesteran
tembok retak, barang-barang yang tidak stabil akan roboh, bandul jam
dinding akan berhenti.
VI
Dirasakan oleh semua orang, banyak orang yang ketakutan dan /panik,
berhamburan keluar ruangan, banyak perabotan yang berat bergeser,
plesteran dinding retak dan terkelupas, cerobong asap pabrik rusak.
VII
Setiap orang berhamburan keluar ruangan, kerusakan terjadi pada
bangunan yang desain konstruksinya jelek, kerusakan sedikit sampai
sedang terjadi pada bangunan dengan desain konstruksi biasa.
Bangunan dengan konstruksi yang baik tidak mengalami kerusakan
yang berarti.
VIII
Kerusakan luas pada bangunan dengan desain yang jelek, kerusakan
berarti pada bangunan dengan desain biasa dan sedikit kerusakan pada
bangunan dengan desain yang baik. Dinding panel akan pecah dan
lepas dari framenya, cerobong asap pabrik runtuh, perabotan yang
berat akan terguling, pengendara mobil terganggu.
IX
Kerusakan berarti pada bangunan dengan desain konstruksi yang baik,
pipa bawah tanah putus, timbul keretakan pada tanah.
X
Sejumlah bangunan kayu dengan desain yang baik rusak, sebagian
besar bangunan tembok rusak termasuk fondasinya. Retakan pada
tanah akan semakin banyak, tanah longsor pada tebing-tebing sungai
dan bukit, air sungai akan melimpas di atas tanggul.
XII
Kerusakan total, gerakan gempa terlihat bergelombang di atas tanah,
benda-benda beterbangan ke udara.
( www.bmg.go.id )
39
Magnituda adalah parameter gempa yang diukur berdasarkan peristiwa yang
terjadi pada daerah tertentu, akibat goncangan gempa pada sumbernya. Satuan yang
digunakan adalah skala Richter yang diperkenalkan oleh Charles F. Richter tahun 1934.
Bumi ini dicirikan dari skala satu hingga skala sembilan berdasarkan skala Richter.
2.4.1. Peta zona gempa
Berdasarkan hasil analisis terhadap data gempa bumi yang tercatat selama 100
tahun pengamatan terakhir, telah disusun peta zonasi gempa yang di dalamnya tercakup
frekuensi kejadian dan skala besaran gempa sesuai dengan zona kegempaannya.
Peta zona gempa adalah peta yang menggambarkan besarnya koefisien gempa
pada suatu daerah yang sesuai dengan besaran kegempaannya. Berdasarkan dengan
perhitungan seismic hazard analysis, yaitu perhitungan intensitas gempa yang mengacu
pada perhitungan teori probabilitas, Indonesia dibagi menjadi 6 wilayah gempa, yaitu:
Gambar 2.19. Pembagian wilayah gempa berdasarkan percepatan puncak batuan
dasar
(Pedoman perancangan bangunan gedung tinggi di DKI Jakarta – Seminar HAKI 2006)
40
Hasil perhitungan untuk setiap koordinat pada zona gempa Indonesia berupa
percepatan gempa maksimum yang belum terkoreksi oleh pengaruh jenis tanah
setempat. Untuk aplikasi dalam desain, diperlukan koreksi berdasarkan pengaruh jenis
tanah setempat dengan menggunakan persamaan :
( 2.28 )
Dimana :
S
=
Koefisien profil tanah, dapat dilihat pada tabel 2.4.
A1 = Percepatan gempa maksimum hasil perhitungan pada suatu koordinat dan periode
ulang tertentu, dapat dilihat pada tabel 2.5.
Tabel 2.3. Koefisien profil tanah
Soil
Profile
Description
1
I
2
Rock of any characteristic, eithe shale-like or crystalline nature (such
material may be characterized by a shear wave velocity greater than 760
m/s (2.500 ft/s), or by other appropriate means of classification); or
S
1,0
Stiff soil condition where the soil depth is less than 60 m (200 ft) and the
soil types overlying bedrock
II
Stiff clay or deep cohesionless conditions where the soil depth exceeds 60 m
(200 ft) and the soil types overlying rockare stable deposits of sands, gravels,
or stiff clays.
1,2
III
Soft to medium-stiff clay and sands, characterized by 9 m (30 ft) or more of
soft to medium-stiff clays with or without intervening layers of sand or other
cohesionless soils.
1,5
IV
Soft clays or silts greater than 12 m (40ft) in depth. (such materials may be
characterized by a shear wave velocity less than 150 m/s (500 ft/s) and might
include loose natural deposits or synthetic, non engineered fill.)
2,0
(Lazarte, 2003)
41
Tabel 2.4. Percepatan maksimum dengan periode ulang 500 tahun dalam 6 wilayah
Indonesia
Wilayah
Percepatan puncak
gempa
batuan dasar ('g')
Percepatan puncak muka tanah Ao ('g')
Tanah
Tanah
Tanah
keras
sedang
lunak
Tanah khusus
1
0,03
0,03
0,04
0,08
2
0,10
0,12
0,15
0,23
Diperlukan
3
0,15
0,18
0,22
0,30
evaluasi
4
0,20
0,24
0,28
0,34
khusus di
5
0,25
0,29
0,33
0,36
setiap lokasi
6
0,30
0,33
0,36
0,36
(Pedoman perancangan bangunan gedung tinggi di DKI Jakarta – Seminar HAKI
2006)
Setelah didapat koefisien percepatan berdasarkan kondisi tanah yang ditinjau,
selanjutnya adalah menghitung koefisien percepatan desain dengan pusat gravitasi, Am
dengan persamaan :
( 2.29 )
Kemudian, menghitung koefisien gempa horizontal, kh, dengan menggunakan
persamaan :
( 2.30 )
2.5.
Program GEO-SLOPE
Program GEO-SLOPE adalah program komputer yang khusus diciptakan untuk
membantu proses analisa yang berhubungan dengan lingkup teknik sipil. Program GEOSLOPE biasa digunakan dalam perhitungan konstruksi yang berkaitan dengan
42
geoteknik. Program GEO-SLOPE terbagi atas 6 sub program, yaitu : Slope/w, Seep/w,
Temp/w, Quake/w, Ctran/w dan Sigma/w. Setiap subprogram memiliki fungsi yang
berbeda. Program Slope/w dikhususkan untuk perhitungan kestabilan lereng, program
Seep/w dikhususkan untuk perhitungan yang berkaitan dengan air tanah, program
Quake/w dikhususkan untuk perhitungan yang berkaitan dengan analisa gempa, program
Ctran/w dikhususkan untuk perhitungan yang berkaitan dengan analisa jalan raya dan
transportasi, program Sigma/w dikhususkan untuk prehitungan yang berkaitan dengan
permasalahan penurunan tanah. Dalam tugas akhir ini, jenis program GEO-SLOPE yang
digunakan adalah sub program Slope/w, yang dikhususkan untuk perhitungan perkuatan
lereng.
Slope/w adalah program yang menggunakan teori kesetimbangan batas untuk
menghitung faktor keamanan lereng. Program Slope/w menggunakan Ordinary (atau
Fellenius) method, metode Bishop di sederhanakan, metode Janbu yang disederhanakan,
metode Spenser, metode Morgenstern – Price, metode Corps of Enggineers, metode
Lowe – Karafiath, metode Generalized Limit Equilibrium (GLE).
Untuk menghitung faktor keamanan, slope /w menggunakan teori kesetimbangan
batas dari gaya dan momen. faktor keamanan merupakan faktor dimana kekuatan geser
tanah direduksi hingga massa tanah pada wilayah kelongsoran mencapai kesetimbangan
batas.