STABILITAS LERENG

BAB 11

STABILITAS LERENG

1. Pendahuluan

Kenapa mempelajari lereng?

q Geomorfologi: mempelajari bagaimana suatu bentang alam terbentuk

q Prediksi ketidakstabilan baik untuk lereng alam maupun buatan: keruntuhan lorong dapat berakibat fatal, dapat melibatkan kerugian material dalam jumlah besar dan nyawa banyak orang.

q Penangggulangan akibat lereng yang longsor.

Dalam rekayasa sipil terdapat 3 jenis lereng:

a. Lereng timbunan (embankment slope) terbentuk dari tanah yang ditempatkan dan dipadatkan, contoh jalan yang dibangun melintasi sebuah lembah atau struktur yang dibangun di tanah yang miring. Contoh lain adalah bendungan tanah.

b. Lereng galian terbentuk karena eksavasi, contoh jalan yang harus dibangun di bawah level muka tanah yang ada

c. Lereng alami terbentuk karena proses geologi seperti erosi atau pergerakan tektonik

1.1 Mekanisme keruntuhan lereng

Komponen kuat geser tanah terdiri dari kohesi dan sudut geser tanah.

s=c + stan f

dimana

c=kohesi tanah

s= tegangan normal

f=sudut geser tanah

Jika tegangan geser yang terjadi lebih besar daripada kuat geser tanah maka lereng tidak stabil. Akibatnya adalah keruntuhan lereng, atau jika massa tanah bergerak dalam jumlah besar disebut longsor (landslide).

1.2 Klasifikasi kelongsoran tanah

q Slab slide

§ Bidang longsor yang sejajar terhadap permukaan tanah

§ Rentang kecepatan pergerakan dari mm/menit – m/detik

q Rotational slide

§ Bidang longsor berbentuk lingkaran/ curviliniar (concave)

§ Gejala yang dominan adalah backward rotation dari massa tanah yang runtuh

§ Rentang kecepatan pergerakan dari mm/tahun – m/hari

q Flows

§ Bidang longsor yang sejajar terhadap permukaan tanah

§ Sebagian besar massa mengalir sebagai viscous mass

§ Rentang kecepatan pergerakan dari cm/menit – m/detik

q Falls

§ Massa bergerak karena kehilangan kontak dengan tanah

Faktor-faktor yang meyebabkan ketidak stabilan lereng

q Kenaikan tegangan air pori misal akibat hujan

q Hilanganya support di dasar akibat erosi maupun penggalian

q Perubahan kuat geser tanah (soil fabric, peak to residual, perubahan kimiaawi)

q Beban diatas lereng

q Beban layan contoh jalan

q Gempa

Angka keamanan dalam lereng

F = Kuat geser tersedia/Kuat geser termobilisasi atau

F = Gaya-gaya yang menstabilkan(stabilizing forces)/Gaya-gaya yang menyebabkan ketidakstabilan(destabilizing forces) atau

F = Momen yang menstabilkan (stabilizing moments)/Momen yang menyebabkan ketidakstabilan (destabilizing moments)

Tipikal angka keamanan lereng (recommended factors of safety)

Economic risk	Risk to life
	Negligible	Low	High
Negligible	>1.0	1.2	1.4
Low	1.2	1.2	1.4
High	1.4	1.4	1.4

Sumber: Geotechnical Manual Slopes, Govt. of Hongkong 2^nd ed. (1984)

2. Metode analisa lereng

Untuk menentukan apakah kemiringan lereng yang sudah ada atau diusulkan memenuhi syarat-syarat keamanan: massa tanah untuk beban tertentu mempunyai angka keamanan yang cukup terhadap keruntuhan geser dan deformasi tanah untuk beban tertentu tidak melewati batas yang ditentukan. Analisa harus dibuat untuk kondisi terburuk (worst conditions), yang jarang terjadi pada saat penyelidikan. Contoh jika ragu kan kondisi tegangan air pori, asumsikan muka air naik sampai ke permukaan tanah

Untuk keperluan analisa, bidang longsor biasanya dianggap sebagai menerus (infinite) atau terbatas (finite). Bentuk-bentuk sederhana biasa digunakan seperti lingkaran, spiral logaritmis untuk kasus finite slopes. Sedangkan untuk kasus infinite slopes bidang longsor biasa diasumsikan sejajar terhadap permukaan tanah.

2.1 Infinite slopes method

q Kasus pada tanah non kohesif kondisi kering

q Kasus pada tanah non kohesif kondisi terendam? Apa yang terjadi dengan resultan gaya hidrostatis?

q Kasus umum c- soil dengan rembesan

dimana

W = berat sendiri tanah

N = gaya normal

D = destabilizing forces

g_sat = berat isi tanah kondisi jenuh air

g_w = berat isi air

c = kohesi tanah

f = sudut geser tanah

b = kemiringan lereng

z = ketebalan lapisan tanah

Ketinggian kritis

Jika ketinggian kritis mendekati ketinggian lereng sebenarnya, maka lereng tersebut disebut lereng dengan tinggi terbatas (finite slopes)

Pemilihan kuat geser untuk disain

q Jika ada indikasi bahwa sebelumnya suatu lereng telah mengalami keruntuhan, pakai kuat geser residu

q Untuk timbunan tanah yang dipadatkan yang tidak menunjukkan fissuring, kuat geser puncak dapat digunakan

Kesimpulan praktis

q Pada tanah pasir,

selama kemiringan lereng lebih kecil daripada sudut geser tanah maka lereng tersebut stabil

q Pada tanah pasir, adanya rembesan air mengakibatkan kestabilan lereng berkurang kurang lebih setengahnya

q Kemiringan lereng pada tanah kohesif dapat melebihi sudut geser tanah selama ketinggian lereng kurang dari ketinggian kritisnya untuk lempung.

Aplikasi

q Tanah pasir

q Timbunan tanah (dumping) dalam kondisi tidak dipadatkan

q Tanah lempung overconslidated dengan kemiringan lereng yang dangkal (10⁰-15⁰)

q Pada tanah residual dimana tanah hasil pelapukan (weathered rock) terletak diatas batuan yang lebih keras

2.2 f_u – methods

Faktor keamanan untuk finite slopes didefinisikan dengan momen di pusat rotasi sebuah lingkaran keruntuhan yang diasumsikan. Keruntuhan diasumsikan terjadi akibat rotasi massa tanah pada suatu bidang lingkaran dimana sepanjang bidang keruntuhan kohesi undrained termobilisasi. Aplikasi metode ini untuk desain/analisis pendahuluan pada saat konstruksi (short term)

Analisis dimulai dengan mengasumsikan sebuah lingkaran keruntuhan dengan jari-jari R. Berat dari massa tanah yang runtuh W diasumsikan bekerja di titik beratnya. Panjang busur keruntuhan L ditentukan dari R dan q.

L=q(2pR)/360

Momen guling F_d dan momen yang menahan F_r kemudian dihitung.

F_d=Wx

F_r=RTL

Faktor keamanan kemudian didefinisikan sebagai perbandingan antara Fr dengan Fd.

Jika tanah berlapis maka faktor keamanan diberikan sebagai berikut:

Bagaimana jika ada beban luar dibagian puncak lereng?

Angka keamanan yang disyaratkan untuk temporary works/galian (Mitchell, 1983)

F= 1.3 +0.2M untuk lempung kelanauan (silty clay)

F=1.3 +0.1M untuk intact clay

M=bulan

Long term dissipation tegangan air pori negatif untuk silty clay dicapai dalam waktu sekitar 3 bulan dan 6 bulan untuk intact clay

Menentukan lokasi lingkaran kritis

q Dengan pusat rotasi yang sama, coba beberapa buah lingkaran keruntuhan dengan radius yang berbeda

q Tentukan angka keamanan minimum untuk pusat rotasi tersebut

q Coba beberapa buah lingkaran serupa dengan rangkaian pusat rotasi yang lain

q Pusat rotasi yang memberikan F minimum merupakan angka keamanan yang dicari

2.3 Metode irisan

Kenapa perlu metode irisan?

q Geometri lereng dan beban luar yang kompleks

q Properti tanah sangat bervariasi sepanjang massa yang runtuh

q Tegangan air pori juga sangat variabel

2.3.1 Metode Fellenius

Resultan gaya E dan X adalah nol untuk setiap irisan

Uraikan gaya-gaya yang tegak lurus terhadap dasar irisan

N’=Wcos a –ul

Dari kesetimbangan momen

Tr=Wrsin a

T=dl/F dimana F adalah angka keamanan sehingga

dimana L adalah panjang total busur lingkaran

F hasil dari metode ini underestimated sekitar 5%-20% (konservatif)

Jika analisa tegangan total diperlukan (t=c_u)

2.3.2 Metode Bishop yang disederhanakan

Asumsi: DX=0 (resultan gaya pada sisi irisan adalah horisontal)

Dari kesetimbangan vertikal

l=b sec a sehingga

Karena F muncul pada kedua ruas perlu trial error sampai F(assumed)=F(calculated). Untuk nilai awal F ditentukan dari solusi Fellenius. Juga perlu trial lingkaran keruntuhan untuk mencari Fminimum, memakan waktu kecuali program komputer tersedia.

Rasio tegangan air pori ru

Untuk kemudahan (tapi tidak esensial), tegangan air pori biasanya dinyatakan sebagai perbandingan tegangan air pori terhadap tegangan overburden total.

Nilai tipikal ru=0: kondisi kering

Ru=0.3: kondisi rata-rata

Ru=0.6: kondisi sangat basah

Note: Jika kurang dari 0.2 hasil perhitungan dianggap tidak reliable, perbanyak jumlah irisan.

2.3.3 Metode Janbu Simplified

Digunakan untuk permukaan gelincir non-circular. Metode ini mengasumsikan bahwa interslice force adalah horisontal X_n=X_n+1=0.

F = S[c’l + (N-ul)tanf’]seca]/SWtana

dimana

N=[W - (1/F)(c’lsina-ultanf’sina]/m_a

m_a= cosa(1 + tanatanf’/F)

2.4 Metode baji (wedge method)

Bidang longsor potensial dapat didekati dengan menggunakan satu, dua atau tiga garis lurus. Contohnya jika terdapat terdapat lapisan lunak pada lereng, zona antar bendungan.

Tegangan normal rata-rata

Tegangan geser rata-rata yang terbentuk

Kuat geser

Ketinggian kritis

dimana

Trial dan error dilakukan dengan mengasumsikan berbagai nilai F sampai poligon gaya tertutup.

Efek tiga dimensi

Efek tiga dimensi dapat didekati dengan menghitung F untuk tiap potongan dan kemudian hitung F rata-rata (weighted mean) dengan berat total massa tanah diatas bidang runtuh sebagai faktor pemberat (weighting factor).

2.5 Stabilitas lereng dengan grafik

Untuk desain/analisis pendahuluan

2.5.1 Metode Taylor

Asumsi-asumsi

§ Tidak ada tension cracks

§ Tidak ada beban

§ Kuat geser konstan terhadap kedalaman

§ Tidak ada rembesan

§ Dapat digunakan untuk kondisi terendam dengan menggunakan berat isi terendam

Aplikasi

§ Analisa tegangan total

§ Short term conditions: kondisi saat konstruksi

2.5.2 Metode Mitchell

Asumsi-asumsi

§ Tanah homogen

§ Tidak ada beban

Aplikasi

§ Analisa tegangan efektif

§ Long term conditions: kondisi jangka panjang

3. Timbunan vs Galian

Berdasarkan kondisi drainase analisa stabilitas terbagi menjadi dua yaitu kondisi undrained (short term dan end of construction) dan drained (long term).

Analisa mana yang harus digunakan?

Timbunan tanah : Short term lebih kritis dibanding long term, mengapa?

Galian : Long term lebih kritis dibanding short term, mengapa?

3.1 Timbunan tanah

a. geometri

b.Tinggi timbunan dan gaya yang dipikul pondasi

c. Kenaikan tegangan air pori

d. Kekuatan tanah

e. Faktor keamanan

3.2 Galian tanah

a. Geometri

b. Dalam galian dan gaya yang dipikul tanah

c. Kenaikan tegangan air pori

d. Kekuatan tanah

e. Faktor keamanan

4. Investigasi dan Penanggulangan

4.1 Investigasi gerakan tanah

Pemetaan permukaan tanah

a. satelite untuk skala yg luas misal disain rute jalan

b. Photo udara - overlap photo yang dilihat secara stereografis

- efektivitas tergantung area vegetasi tumbuhan dan kondisi cahaya

- konfirmasi ulang melalui survey langsung

c. survey langsung

bentang alam

- slip scarps

- counterscarps

- blok tanah yang bergelombang

- gundukan tanah

- tension cracks

Jalur air

- sungai

- genangan air

- marshy ground

Bangunan buatan yang terganggu

- retakan di tembok

- pipa-pipa yang rusak

- jalan yang retak

- pagar yang berpindah

4.2 Penanggulangan

Pahami penyebab ketidakstabilan lereng merupakan hal yang penting.

Identifikasi problem !!!

Lereng terlalu curam => landaikan/datarkan

Lereng terlalu tinggi => rendahkan

Tegangan air pori tinggi => kurangi

4.2.1 Gali dan timbun

1. Ratakan menjadi lereng yg lebih datar dan uniform
2. Tambah timbunan di tumit lereng atau buat berm

- Lebih sesuai untuk keruntuhan yang lebih dalam

- Beban tumit dapat berupa

- Batuan lepas atau gabion

- Timbunan non cohesive atau cohesive

- Gali dan gantikan dengan material yang mempunyai f lebih tinggi

- sheet pile akan menurunkan bidang geser

- pile beton bertulang dengan spasi tertentu akan menahan pergerakan

c. Kurangi ketinggian lereng (untuk keruntuhan dalam)

Untuk banyak lereng alami kadang kala sulit untuk menentukan dimana yang harus digali atau ditimbun. Salah satu metoda yang mungkin digunakan adalah The Neutral line Theory (Hutchinson 1977)

Satu kasus sederhana- circular slip

q Bagi menjadi beberapa irisan

q Untuk setiap irisan tempatkan sebuah beban kecil di berbagai lokasi, mulai dari tumit ke puncak

q Analisa tiap lokasi irisan

q Pindahkan beban ke irisan berikutnya, analisa seperti sebelumnya

4.2.2 Drainase

Bisa jadi merupakan cara yang paling efektif tapi drainase harus dipelihara secara efektif sepanjang waktu. Drainase meningkatkan kuat geser tanah. Yang perlu diingat bahwa keefektifan drainase adalah dalam jangka panjang. Instalasi drainase tidak menghentikan pergekan tanah dengan segera.

Tipe-tipe drainase

a. drainase dangkal

- mengontrol pergerkan air permukaan

- biasanya kedalaman tidak lebih dari 1m

Tipe drainase dangkal

- counterfort

- Herringbone

- Interceptor

- Surface treatment

b. Drainase dalam

4.2.2 Metode lain

- soil anchor, soil nailing

- retaining wall, piles

- geogrids

- grounting

- stabilisasi kapur

Metode yang mana?

Alternatif pertama sebaiknya metode timbun/gali dan atau grading => efeknya segera, kemungkinan perbaikan dengan waktu. Jika metode pertama tidak memungkinkan pertimbangkan drainase. (drainase efektif tapi dalam jangka panjang). Alternatif terakhir menstabilkan dengan dinding penahan tanah, piling, etc.