ANALISIS STABILITAS LERENG MENGGUNAKAN PERKUATAN GEOGRID (Studi Kasus Jalan Medan – Berastagi, Desa Sugo Iro Ganda1 dan Roesyanto2 Mahasiswa Departement Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No: 1 Kampus USU Medan. Email :
[email protected] Staf Pengajar Departement Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No: 1 Kampus USU Medan.
Medan. ABSTRAK Kelongsoran tanah merupakan salah satu yang paling sering terjadi pada bidang Geoteknik akibat meningkatnya tegangan geser suatu massa tanah atau menurunnya kekuatan geser suatu massa tanah. Dengan kata lain, kekuatan geser dari suatu massa tanah tidak mampu memikul beban kerja yang terjadi. Gangguan terhadap stabilitas lereng dapat disebabkan oleh berbagai kegiatan manusia maupun kondisi alam. Lereng yang tidak stabil sangatlah berbahaya terhadap lingkungan sekitarnya, oleh sebab itu analisis stabilitas lereng sangat diperlukan. Pada kasus ini kondisi jalan Medan – Berastagi mengalami kelongsoran hingga badan jalan. Tujuan studi ini adalah melakukan analisis stabilitas lereng pada kondisi awal sebelum menggunakan perkuatan geogrid dan sheetpile, analisis stabilitas lereng setelah perkuatan standart menggunakan Geogrid dan Sheetpile, dan analisis stabilitas lereng dengan menggunakan perkuatan alternatif dengan menambahkan beban Counterweight dibelakang Sheet Pile. Adapun metode yang dilakukan untuk menganalisis perkuatan Sheet pile dan perkuatan Geogrid, digunakan metode elemen hingga yaitu menggunakan program Plaxis 2D versi 8.2. Dan pada Tugas Akhir ini didapatkan hasil nilai safety faktor pada kondisi awal sebesar 0,67. Nilai Safety Faktor pada perkuatan standart yang menggunakan Geogrid dan Sheet pile sebesar 1.18. Nilai safety faktor dengan menggunakan perkuatan alternatif dengan penambahan Counterweight dibelakang sheet pile sebesar 1,35. Perhitungan safety faktor teraman adalah pada penambahan beban Counterweight disamping sheet pile. Dengan kelongsoran kecil. Kata Kunci : Sheet pile, Geogrid, Counterweight.
ABSTRACT Soil lanslide is one of the most common in the field of Geotechnical due to increased shear stress of a soil mass or a decrease in shear strength of the soil mass. In other words, the shear strength of the soil mass is not able to bear the burden of work going on. Disruption to the stability of the slope can be caused by various human activities and natural conditions. Unstable slopes is dangerous to the surrounding environment, therefore slope stability analysis is needed. In this case the condition of Medan - Berastagi street experience lanslide up the road. The purpose of this study was to analyze slope stability on the initial conditions before using geogrid reinforcement and sheetpile, slope stability analysis after standard use Geogrid reinforcement and Sheetpile, and slope stability analysis using alternative reinforcement by adding weight behind Counterweight Sheet Pile. The methods for analyzing and retrofitting Geogrid and Sheet pile, use the finite element method for student. And in this final value of the safety factor obtained results on the initial conditions of 0,67. Safety Factor value in strengthening the standards using Geogrid and Sheet pile of 1,18. Value of safety factor using alternative reinforcement Counterweight with the addition of 1,35 behind the sheet pile. The calculation of the safety factor is the safest as well as the addition of Counterweight load sheet pile. With small landslide. Keywords: Sheet pile, Geogrid, Counterweight
1. PENDAHULUAN Tanah adalah gabungan dari partikel partikel padat, air, dan udara. Ketika tanah berada di bawah muka air tanah (tidak ada udara), maka tanah tersebut dalam keadaan saturated. Ukuran partikel pada tanah bervariasi, dan dengan adanya variasi itu tanah dapat dikategorikan dalam beberapa bagian. Tanah dengan partikel besar (pasir dan kerikil) dikategorikan dalam tanah tidak kohesif. Dengan kata lain, air tidak hanya mengisi ruang pori antar partikel tanah, tetapi dapat mengalir melalui partikel tanah juga. Fakta bahwa air mengalir menurun ketempat yang lebih rendah berdasarkan gaya grafitasi juga terjadi di rongga tanah. Property pada tanah berkaitan dengan kemampuan air untuk mengalir melalui ruang pori atau yang biasa disebut permeability. Semakin kecil ukuran partikel, semakin rendah permeabilitas pada tanah. Dalam kasus tanah tidak kohesif, ukuran partikel yang relatif besar memungkinkan air cepat keluar dari bawah beban, dan penurunan biasa terjadi sangat cepat. Tetapi jika tanah kohesif dengan partikel yang kecil, gerakan air bisa sangat lambat. Terkadang dalam beberapa bulan atau sampai beberapa tahun. Bangunan yang dibangun diatas tanah kohesif tidak memiliki permasalahan pada awalnya tetapi seiring pertambahan waktu penurunan dapat terjadi secara signifikan, mengakibatkan kerusakan struktur yang serius dan memerlukan perbaikan yang mahal atau mungkin pembongkaran pada struktur. 2. PERUMUSAN MASALAH Kelongsoran tanah merupakan salah satu yang paling sering terjadi pada akibat meningkatnya tegangan geser suatu massa tanah atau menurunnya kekuatan geser suatu massa tanah. Dengan kata lain, kekuatan geser dari suatu massa tanah tidak mampu memikul beban kerja yang terjadi. Pada kasus ini kondisi jalan Medan – Berastagi mengalami kelongsoran hingga badan jalan mengalami kelongsoran. 3. METODE PENELITIAN Metode Pengumpulan Data Untuk meninjau kembali perhitungan pemasangan geogrid dan sheet pile pada proyek pemeliharaan jalan Djamin Ginting di Desa Sugo, Medan, penulis memperoleh data dari PT. Andalas Graha Utama berupa data hasil sondir, hasil SPT, dan hasil investigation soil lab. Metode Analisis Dalam perhitungan pemasangan geogrid dan sheet pile ini, penulis memperhitungkan besarnya safety faktor yang didapat, melalui langkah-langkah berikut : 1. Menghitung besarnya safety faktor pada kondisi awal dengan program Plaxis 2D 8.2. Dari data sondir. Dari data Investigation Soil Lab. 2. Menghitung besarnya safety faktor setelah pengerjaan Proyek dengan pemasangan geogrid dan sheet pile dengan program Plaxis 2D 8.2.
3. Menghitung besarnya safety faktor dengan menambahkan beban timbunan Counterweight disamping sheet pile dengan program Plaxis 2D 8.2. GEOGRID Istilah Geosintetik berasal dari kata geo, yang berarti bumi atau dalam dunia teknik sipil diartikan sebagai tanah pada umumnya, dan kata synthetic yang berarti bahan buatan, dalam hal ini adalah bahan polimer. Bahan dasar geosintetik merupakan hasil polimerisasi dari industri-industri kimia/minyak bumi (Suryolelono, 1988) dengan sifat-sifat yang tahan terhadap senyawa-senyawa kimia, pelapukan, keausan, sinar ultra violet dan mikro organisme. Polimer utama yang digunakan untuk pembuatan geosintetik adalah Polyester (PS), Polyamide (PM), Polypropylene (PP) dan Polyethylene (PE). Jadi istilah geosintetik secara umum didefinisikan sebagai bahan polimer yang diaplikasikan di tanah. Geotekstil adalah lembaran sintesis yang tipis, fleksibel, permeable yang digunakan untuk stabilisasi dan perbaikan tanah dikaitkan dengan pekerjaan teknik sipil. Pemanfaatan geotekstil merupakan cara moderen dalam usaha untuk perkuatan tanah lunak. Beberapa fungi dari geotekstil yaitu: 1. Untuk perkuatan tanah lunak. 2. Untuk konstruksi teknik sipil yang mempunyai umur rencana cukup lama dan mendukung beban yang besar seperti jalan rel dan dinding penahan tanah. 3. Sebagai lapangan pemisah, penyaring, drainase dan sebagai lapisan pelindung. Geotextile dapat digunakan sebagai perkuatan timbunan tanah pada kasus: 1. Timbunan tanah diatas tanah lunak 2. Timbunan diatas pondasi tiang 3. Timbunan diatas tanah yang rawan subsidence
Fungsi Geogrid Secara umum Geogrid adalah bahan Geosintetik yang berfungsi sebagai Perkuatan (reinforcement) dan Stabilisasi (stabilization), dengan penjelasan detailnya sebagai berikut : 1. Geogrid Uniaxial Berfungsi sebagai material perkuatan pada system konstruksi dinding penahan tanah (Retaining Wall) dan perkuatan lereng (Slope Reinforcement) 2. Geogrid Biaxial Berfungsi sebagai stabilisasi tanah dasar. Seperti pada tanah dasar lunak (soft clay maupun tanah gambut). Metode kerjanya adalah interlocking, artinya mengunci agregat yang ada diatas Geogrid sehingga lapisan agregat tersebut lebih kaku, dan mudah dilakukan pemadatan. 3. Geogrid Triax Fungsinya sama dengan Biaxial sebagai material stabilisasi tanah dasar lunak, hanya saja performanya lebih baik. Hal ini disebabkan bentuk bukaan segitiga lebih kaku sehingga penyebaran beban menjadi lebih merata.
Jenis – jenis geogrid dan kegunaannya : 1. Geogrid Uni Axial Uni-axial Geogrids adalah lembaran massif dengan celah yang memanjang dengan bahan dasar HDPE (High Density Polyethelene), banyak digunakan di Indonesia untuk perkuatan tanah pada DPT (dinding penahan tanah) dan untuk memperbaiki lereng yang longsor dengan menggunakan tanah setempat/bekas longsoran. Material ini memilki kuat tarik 40 kN/m hingga 190 kN/m. Geogrid jenis ini biasanya dipakai untuk perkuatan dinding penahan tanah dan perbaikan lereng yang longsor. Geogrid Uni Axial berfungsi sebagai material perkuatan pada sistem konstruksi dinding penahan tanah (Retaining Wall) dan perkuatan lereng (Slope reinforcement)
Gambar. Geogrid Uni-Axial 2. Geogrid Bi-Axial Bi-axial Geogrids dari bahan dasar polypropylene (PP) dan banyak digunakan di Indonesia sebagai bahan untuk meningkatkan tanah dasar lunak (CBR < 1%). Bi-axial Geogrid adalah lembaran berbentuk lubang bujursangkar di mana dengan struktur lubang bujursangkar ini partikel tanah timbunan akan saling terkunci dan kuat geser tanah akan naik dengan mekanisme penguncian ini. Kuat tarik bervariasi antara 20 kN/m – 40 kN/m. Keunggulan Geogrid Bi-Axial ini antara lain : Kuat tarik yang bervariasi Kuat tarik tinggi pada regangan yang kecil Tahan terhadap sinar ultra violet Tahan terhadap rekasi kimia tanah vulkanik dan tropis Tahan hingga 120 tahun Geogrid Bi-Axial berfungsi sebagai stabilisasi tanah dasar. Seperti pada tanah dasar lunak (soft clay maupun tanah gambut). Metode kerjanya adalah interlocking, artinya mengunci agregat yang ada di atas Geogrid sehingga lapisan agregat tersebut lebih kaku, dan mudah dilakukan pemadatan.
Gambar. Geogrid Bi-Axial
3. Geogrid Triax Fungsinya sama dengan Bi-axial sebagai material stabilisasi tanah dasar lunak, hanya saja performance nya lebih baik. Hal ini disebabkan bentuk bukaan segitiga lebih kaku sehingga penyebaran beban menjadi lebih merata.
Gambar 2.4 Geogrid Triax
Kelebihan Pemakaian Geogrid 1. Kekuatan tarik yang tinggi, 2. Pelaksanaan yang cepat, 3. Memungkinkan penggunaan material setempat, 4. Pemasangan yang mudah dan dapat membangun lebih tinggi dan tegak, 5. Tambahan PVC sebagai pelindung terhadap ultraviolet, 6. Pemasangan dan harga geogrid murah dibandingkan beton. 7. Merupakan struktur yang fleksibel sehingga tahan terhadap gaya gempa, 8. Tidak mempunyai resiko yang besar jika terjadi deformasi struktur, dan 9. Tipe elemen penutup lapisan luar dinding penahan dapat dibuat dalam bentuk yang bermacam-macam, sehingga memungkinkan untuk menciptakan permukaan dinding yang mempunyai nilai estetika. 10. Biasanya perbaikan tanah dengan perkuatan dilakukan secara horisontal artinya digelar karena lebih mudah pelaksanaannya ketimbang arah tegak vertikal. Perkuatan horizontal dapat menerima beban tekan dari permukaan atau tarik dari arah horizontal. Sedangkan perbaikan tanah arah vertikal lebih utama menerima beban vertikal dari permukaannya tanpa mempu menerima beban horisontal. Kekurangan Pemakaian Geogrid Geogrid tanpa PVC akan mengalami penurunan tingkat kemampuan penahan gaya tarik. Karena bahan Geogrid sangat peka terhadap naik turunnya temperatur udara, dimana pemuaian akan sangat mudah terjadi terhadap bahan geogrid pada saat mendapatkan temperature tinggi. Pemuaian akan membuat Geogrid getas, dan akhirnya akan mengurangi kuat tarik.
Distribusi Tegangan Horisontal Perhitungan tegangan horizontal dianggap sama pada tegangan vertikal tersebut di atas. Ada tiga anggapan mengenai tegangan horisontal untuk perancangan dinding penahan taanh bertulang : 1. Tegangan horisontal untuk sembarang kedalaman dianggap terbagi rata, yaitu sama dengan tekanan overburden (Lee, dkk1973) : 2. Tegangan horisontal dihitung berdasarkan metode Meyerhoff (Juran dan Schlosser, 1978)
Ka = koefisien tekanan tanah aktif z = kedalaman (cm) γ = berat isi tanah (g/cm3) L = lebar dinding (cm) 3. Tegangan horisontal sama dengan koefisien tekanan tanah lateral (Ka) dikali dengan tegangan vertikal maksimum tepat di belakang elemen permukaan (penutup depan). Dalam persamaan dituliskan :
Persamaan terakhir dapat dipakai untuk menghitung gaya tarik maksimum tulangan. Tulangan yang berada di bagian bawah, biasanya permukaan bidang longsor adalah lokasi gaya tarik maksimum. Dalam hitungan gaya horizontal yang harus didukung oleh tulangan, tekanan tanah lateral dianggap bervariasi secara linear, mengikuti distribusi Rankine. Karena itu distribusi gaya tarik tulangan (T) juga akan bervariasi secara linear dengan nilai maksimum pada tulangan yang paling bawah.
Gambar Potongan Melintang Pemasangan Geogrid dan Sheetpile
KONDISI AWAL LERENG Seperti diketahui sebelumnya bahwa kondisi pada lereng yang ditinjau memiliki lapisan tanah yang lunak dan perkuatan tanah yang kurang kuat dengan kedalaman berkisar antara 20m sampai 25m, dengan adanya lapisan lunak ini, ditambah perkuatan tanah yang kurang mendukung untuk menahan beban yang berjalan diatasnya, maka jika terjadi gangguan atau beban maksimum terjadi dibagian permukaan tanah lereng, akan dapat menimbulkan kelongsoran. Berikut ini akan dibahas kondisi kekuatan asli lereng dengan menggunakan program plaxis 2D :
Gambar. Model Penampang Melintang Lereng. Langkah-langkah dalam prosedur pengerjaan progam Plaxis : 1. Menggambar Geometrik 2 dimensi struktur proyek yang dihitung. 2. Standart fixities Digunakan untuk menerapkan batas umum pada model geometri. 3. Memasukkan parameter tanah, Sheet pile, dan Geogrid sesuai data. 4. Perletakan beban dan memasukkan besarnya beban. 5. Interface pada sheet pile. Aplikasi tipikal dari penggunaan antarmuka adalah untuk memodelkan interaksi antara dinding turap dan tanah, yang mempunyai kondisi permukaan licin atau kasar. Tingkat interaksi dimodelkan dengan factor reduksi R inter. 6. Update Generate Mesh. Digunakan untuk membagi-bagi geometri menjadi elemen-elemen untuk perhitungan elemen hingga. 7. Initial condition. Setelah model geometrik terbentuk dan jaringan elemen hingga telah selesai disusun, maka kondisi awal dan konfigurasi awal harus ditentukan terlebih dahulu. Kondisi awal terdiri dari dua modus : sebuah modus untuk menghitung tekanan air dan sebuah modus untuk perhitungan tegangan efektif awal di lapangan. 8. Menambahkan muka air tanah (Freatic level) pada struktur tanah. 9. Update Generate water pressure.
Digunakan untuk perhitungan aliran air dalam tanah. 10. Aktifasi Geogrid dan Geotextile pada jendela generate initial stresses. 11. Masuk ke jendela Calculation. 12. Phase 1 aktifasi beban berjalan. Aktifasi beban melalui jendela parameter, lalu define. Masukkan besarnya beban sesuai data. Pilih plastic pada jendela calculation type. Pilih stage construction pada loading input lalu calculate. 13. Phase 2 beban gravitasi. Perhitungan phase ini digunakan untuk menghitung beban akibat grafitasi. Pilih plastic pada jendela calculation type. Pilih total multipliers pada loading input lalu calculate. 14. Phase 3 perhitungan safety faktor. Perhitungan phase ini digunakan untuk mendapatkan nilai safety faktor. Pilih Phi/c Reduction pada calculation type. Pada phase ini pilih incremental multipliers pada loading input lalu calculate. 15. Pilih titik noda. Digunakan untuk penggambaran kurva beban perpindahan maupun penggambaran lintasan tegangan. 16. Runningkan perhitungan. 17. Hasil output dari perhitungan di print screen dan dipaste pada Micrsoft word.
Hasil running dar program plaxis 2D, dapat dilihat pada gambar-gambar berikut :
Total diplacements Extreme total diplacement 51,99*10-3m Gambar. Kondisi displacement
lereng asli
Gambar diatas menunjukan displacement yang terjadi pada seluruh bagian lereng. Perbedaan warna tersebut menunjukan perbedaan displacement yang terjadi, displacement terkecil ditunjukan oleh bagian tanah yang berwarna biru, sedangkan displacement yang berwarna kuning merupakan displacement terbesar dalam kondisi awal ini. Untuk bagian yang berwarna pada kondisi tanah mempunyai displacement yang cukup besar sehingga bagian tersebut dinyatakan sebagai bidang keruntuhan ( artinya pada bagian inilah yang mengalami keruntuhan di saat kondisi awal).
Pada kondisi awal ini, faktor keamanan lereng yaitu, 0,6734. Dengan nilai angka keamanan yang lebih kecil dari 1, maka kondisi asli lereng sangat rawan terhadap kelongsoran. nilai ini dapat dilihat dari hasil running plaxis pada Gambar 4.4 berikut :
Gambar Faktor keamanan asli lereng. KONDISI LERENG DENGAN PERKUATAN STANDAR Perkuatan standar ini menggunakan sheet pile (CCSP W-350) dengan pemasangan kedalaman yaitu ±15m dan pemasangan geogrid dan geotextile. Model dari perkuatan ini dapat dilihat pada gambar dibawah :
Gambar 4.5 Potongan melintang tipikal perkuatan standar.
ANALISIS DENGAN PERKUATAN ALTERNATIF
Gambar. potongan melintang tipikal perkuatan alternatif Perkuatan alternatif ini menggunakan counterweight. Jenis tanah yang digunakan pada counterweight adalah tanah timbunan dari tanah sekitar dengan ketinggian Counterweight setinggi 3meter dan kondisi tanah adalah undrained. Untuk masukan program plaxis dibutuhkan data parameter tanah yang digunakan. Berikut merupakan data-data parameter tanah pada daereah counterweight : Analisis perkuatan dengan program plaxis 2D : 1. pemodelan geometri tanah, perkuatan dan kondisi batas model. Model tanah terdiri dari lima lapisan tanah, tanah timbun terdiri dari dua lapisan, dan model konfigurasi perkuatan geogrid, sheet pile dan geotextile non woven dapat dilihat seperti Gambar 4.12 dibawah ini : 2. Mesh Generation Pembentukan mesh pada analisis ini menggambarkan option yang paling halus, sehingga hasil perhitungan yang diperoleh lebih akurat. Gambar pembentukan mesh dapat dilihat pada Gambar 4.14 dibawah ini :
Gambar. Pembentukan mesh 3. Water Condition Water condition digunakan untuk memodelkan kondisi initial active pore pressure. Pemodelan dapat dilakukan dengan preatic line atau ground water flow. Pada kasus ini digunakan pemodelan preatic line. Pada gambar 4.15 dibawah ini menunjukan kondisi air tanah pada lokasi :
Gambar. Kondisi air tanah model 4. Perhitungan Plaxis 2D.
Gambar. Total dispacements. Gambar diatas menunjukan displacement yang terjadi pada keseluruhan bagian. Perbedaan warna tersebut menunjukan perbedaan displacement yang terjadi, displacement yang kecil ditunjkukan oleh bagian tanah yang berwarna biru, dan displacement yang terbesar ditunjukan dengan warna merah.
Gambar. Shear Strains.
Dari analisis perhitungan plaxis 2D diatas dapat disimpulkan bahwa perkuatan alternatif menghasilkan kelongsoran yang jarang terjadi. Dimana perkuatan alternatif menambahkan counterweight yang mengakibatkan nilai safety faktor bertambah. Nilai keamanan yang cukup (1,2347), nilai angka keamanan yang mendekati 1,25 mengakibatkan tingkat kelongsoran jarang terjadi. Dengan asumsi tidak ada beban tambahan yang terjadi pada kondisi jalan. Dimana pembebanan yang terjadi disekitar lereng sebesar 20 kN/m.
Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh penulis selama mengerjakan Tugas Akhir ini adalah : 1. Nilai Safety Faktor pada kondisi awal di lokasi sebesar 0,6734. Maka kelongsoran yang terjadi cukup besar. 2. Nilai Safety Faktor pada perkuatan standard yang menggunakan Geogrid dan Sheet Pile sebesar 1.1847. Maka daerah tersebut dinyatakan rawan longsor. 3. Nilai Safety Faktor dengan menggunakan perkuatan alternatif dengan penambahan Counterweight pada sheet pile, memiliki nilai Safety Faktor sebesar 1,2347. 4. Dengan penambahan timbunan dibelakang Sheetpile setinggi 3meter berupa Counterweight, mengakibatkan kemungkinan terjadinya kelongsoran semakin kecil, dimana nilai SF yang didapat mendekati 1,25 (Nilai Standard Safety Faktor). Saran 1. Sebaiknya dilakukan penambahan penambahan beban counterweight disamping sheetpile, guna mengurangi kemungkinan terjadinya kelongsoran pada lokasi proyek. 2. Untuk permukaan luar berupa blok beton, sebaiknya dilakukan cek juga terhadap stabilitas local seperti kekuatan sambungan blok beton –geogrid.
DAFTAR PUSTAKA Das, B. M., 1995. Mekanika Tanah dalam Prinsip – Prinsip Rekayasa Geoteknik, Jilid 2. Jakarta : Erlangga. Lambe, T. W. and Robert V. W., 1969. Soil Mechanics. Massachussetts Institute of Technology. New Jersey : John Wiley & Sons,Inc. National Cooperative Highway Research Program Report 290., June 1987..Reinforced of Earth Slopes and Embankments. Duncan, J. M. and Stephen G. W., 2005. Soil Strength and Slope Stability. New Jersey : John Wiley & Sons, Inc. Das, B. M., 2008 Advanced Soil Mechanics, Third Edition. New York : Taylor & Francis Group. Sosrodarsono, S dan Kensaku T., 1981. Bendungan Tipe Urugan. Jakarta : Pradnya Paramita. U.S. Department of Transportation., January 1995. Geosynthetic Design and Construction Guidelines. Bowles, J. E., 1996. Foundation Analysis and Design. 5th Edition. Mc Graw Hill.
