ANALISIS KELONGSORAN LERENG DAN PENANGGULANGANNYA PADA KM 96+600/B JALAN TOL CIKAMPEK-PURWAKARTA-PADALARANG (CIPULARANG)
TESIS Karya tulis ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
HENDRO ATMODJO NIM : 250 05 036 Program Studi Rekayasa Geoteknik
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
ANALISIS KELONGSORAN LERENG DAN PENANGGULANGANNYA PADA KM 96+600/B JALAN TOL CIKAMPEK-PURWAKARTA-PADALARANG (CIPULARANG)
Oleh
HENDRO ATMODJO NIM : 250 05 036
Program Studi Rekayasa Geoteknik Institut Teknologi Bandung
Menyetujui, Pembimbing
Tanggal ....................................
________________________ (Ir. Masyhur Irsyam, MSE, Ph.D. )
ABSTRAK ANALISIS KELONGSORAN LERENG DAN PENANGGULANGANNYA PADA KM 96+600/B JALAN TOL CIKAMPEK-PURWAKARTA-PADALARANG (CIPULARANG) Oleh
Hendro Atmodjo NIM : 250 05 036 Tesis ini berisi tentang kelongsoran lereng, mekanisme dan penanggulangannya pada timbunan tanah clay shale di ruas jalan tol yang vital di Indonesia yaitu jalan tol Cikampek-Purwakarta-Padalarang (Cipularang). Jalan tol ini dibangun pada beberapa tahun yang lalu untuk mendukung pertumbuhan ekonomi di Jakarta, Bandung dan sekitarnya. Jalan tol ini melintasi bukit dan lembah yang mengandung clay shale pada formasi Miocene Djatiluhur Marl (MDM). Kelongsoran lereng terjadi pada Mei 2007 di km.96+600/B.
Tesis ini meliputi kondisi subsurface dimana penurunan kekuatan tanah clay shale diakibatkan ekspos cuaca mengakibatkan pelapukan, perhitungan balik parameter kuat geser tanah, hasil monitoring pergerakan lereng, analisis geoteknik dan penggunaan bored pile sebagai pilihan alternatif metode perkuatan.
Analisis geoteknik menggunakan software finite element Plaxis. Model elastis plastis dan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb dipilih sebagai model tanah. Analisis menunjukkan bahwa penanggulangan paling optimum kelongsoran ini adalah memasang grup bored pile dengan diameter 1 meter yang dimodelkan dengan elemen elastic-plastic beam. Dengan menggunakan perkuatan bored pile, Faktor Keamanan lereng minimum menjadi meningkat dan mencapai 1,3.
Kata-kata kunci : kelongsoran, jalan tol, clay shale, perhitungan balik, elemen hingga, elastis plastis, bored pile
i
ABSTRACT SLOPE STABILITY ANALYSIS AND SOLUTION AT KM 96+600/B OF CIKAMPEK-PURWAKARTAPADALARANG (CIPULARANG) TOLL ROAD By
Hendro Atmodjo NIM : 250 05 036
This thesis presents slope failure causes, mechanism and a selected solution of an embankment on clay shale in one of most vital highways in Indonesia, the Cipularang Toll Road. The toll road was constructed in several years ago in order to support economic growth in Jakarta, Bandung and the surrounding area. The toll road had to pass hills and valleys on clay shale of the Miocene Djatiluhur Marl (MDM) formation. The slope failure was occurred in May 2007 at Km 96+600/B. This thesis covers analysis for subsurface condition, clay shale degrading strength due to exposure, back calculated strength parameters of degrading shale, slope movement monitoring result, and geotechnical analysis for obtaining alternative solutions. The geotechnical analyses were performed by utilizing PLAXIS, finite element software. The elastic-plastic constitutive model and the Mohr-Coulomb failure criteria were chosen to model soils. The analysis indicated that the most optimum solution to solve the slope failure is by adding a group of bored piles with diameter of 1.0 meter that are modeled by using elasticplastic beam element. Using these bored piles, the minimum safety factor of the slope can be increased and its value become 1.30.
Key words :
slope failure, toll road, clay shale, back calculated, finite element, elastic plastic, bored piles
ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
iii
Dipersembahkan kepada Lilis, Kea, Haydar, Afra tersayang
iv
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan karuniaNya maka penelitian dan penulisan tesis ini telah dapat diselesaikan.
Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan magister pada Program Studi Rekayasa Geoteknik Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung.
Dengan kerendahan dan ketulusan hati penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada: Bapak Ir. Masyhur Irsyam, MSE, Ph.D, sebagai dosen pembimbing dalam mengerjakan penelitian dan menyelesaikan penulisan tesis ini. Bapak Prof.Dr.Ir.A.Azis Djajaputra, MSCE dan Bapak Ir.Endra Susila, MT, Ph.D, sebagai dosen penguji pada seminar dan sidang tesis yang banyak memberikan bantuan dan saran dalam penyelesaian tesis ini. Teman-teman kuliah Geoteknik ITB 2005: Pandu, Frits, Irwan Lie, Nengah, Desi, Ingrid dan teman-teman di LAPI ITB: Agus Himawan, Muliana, Bapak Oon serta bapak-bapak di kantor PT Jasamarga (Persero) Tbk: Bapak Frans S. Sunito, Bapak Syarifuddin Alambai, Bapak AD Panjaitan, Bapak Sarwono Oetomo, Bapak Adityawarman, Bapak Alan Rachlan, Bapak Ramdhan Akhir, Bapak Letnantoro, Bapak Slamet Sudrajat dan juga Syakur, Himajaya, Yanto yang banyak membantu dalam pengumpulan, pengolahan data dan penyusunan tesis ini.
Semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi semuanya dalam mendalami rekayasa geoteknik. Kritik, saran dan masukan yang mengarah pada kesempurnaan tesis ini akan diterima dengan senang hati.
Bandung,
Juni 2008
Hendro Atmodjo
v
DAFTAR ISI ABSTRAK ...................................................................................................
i
ABSTRACT ................................................................................................
ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS .........................................................
iii
PERUNTUKAN ..........................................................................................
iv
KATA PENGANTAR .................................................................................
v
DAFTAR ISI……………………………………………………………....
vi
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
viii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xiii
Bab I
Pendahuluan………………………………….……………...........
1
I.1
Latar Belakang……………………….……………………...........
1
I.2
Maksud dan Tujuan ………………………………………............
3
I.3
Ruang Lingkup Penelitian……….…………………………..........
3
I.4
Metodologi Penelitian……………………………………….........
4
I.5
Sistematika Penulisan……………………………………….........
5
Tinjauan Pustaka…………………………………………………
7
II.1 Konsep Kestabilan Lereng…………………………......................
7
II.2 Keruntuhan Lereng….…………………………............................
7
II.3 Perilaku Tanah................................................................................
14
II.4 Pengaruh Kondisi Air Tanah terhadap Kestabilan Lereng.............
18
II.5 Pengaruh Gempa terhadap Kestabilan Lereng...............................
19
II.6 Analisis Kestabilan Lereng............................................................
20
II.7 Metode Stabilitas Lereng...............................................................
37
II.8 Seleksi Pemilihan Metode Stabilitas Lereng..................................
40
Bab III Metodologi Penelitian……………………………………………
53
III.1 Umum………….……………………………………….................
53
III.2 Pengumpulan Data .........................................................................
53
III.3 Proyek Jalan Tol Cipularang .........................................................
55
III.4 Pekerjaan Proyek Seksi 3.1 Jalan Tol Cipularang ........................
63
III.5 Kondisi Tanah ..………………………………….........................
72
Bab II
vi
III.6 Pengolahan Data Dengan Analisis Balik ..………........................
89
Bab IV Analisa Data dan Pembahasan…………………………………...
91
IV.1 Analisis Balik Program Plaxis 7.2 .................................................
91
IV.2 Analisis balik program Slope/W.....................................................
91
Bab V Analisa Alternatif Penanggulangan Kelongsoran Lereng ...............
115
V.1 Alternatif Penanggulangan Kelongsoran Lereng ...........................
115
V.2 Perkuatan lereng menggunakan Buttressing ……………………
115
V.3 Perkuatan lereng menggunakan sheet pile .....................................
116
V.4 Perkuatan menggunakan Bored Pile ..............................................
117
Bab VI Kesimpulan ..................................................................... ..............
128
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................
130
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1
Tipe kelongsoran Jatuhan ..............................................
10
Gambar II.2
Tipe kelongsoran Rubuhan ............................................
11
Gambar II.3
Tipe kelongsoran gelincir ..............................................
11
Gambar II.4
Tipe kelongsoran sebaran ..............................................
12
Gambar II.5
Tipe kelongsoran aliran .................................................
12
Gambar II.6
Susunan kimiawi mineral montmorillonite …………...
15
Gambar II.7
Kuat geser residual (Gartung) .......................................
17
Gambar II.8
Kuat geser residual (Stark & Duncan) ..........................
17
Gambar II.9
Kuat geser residual (Skempton) ....................................
18
Gambar II.10
Perhitungan Head Tekanan Air Pori (Piezometric Surface)………………………………………………..
Gambar II.11
19
Perhitungan Head Tekanan Air Pori (Phreatic Surface)………………………………………………..
19
Gambar II.12 (a)
Selubung Mohr-Coloumb Elemen tanah .......................
21
Gambar II.12 (b)
Vektor tegangan ............................................................
21
Gambar II.13
Selubung kuat geser .......................................................
22
Gambar II.14
Pembagian massa tanah yang menggelincir .................
24
Gambar II.15
Gaya-gaya yang bekerja pada irisan ..............................
24
Gambar II.16
Nilai Koreksi fo pada metode simplifikasi Janbu ..........
29
Gambar II.17
Macam definisi dari faktor keamanan ...........................
30
Gambar II.18
Hubungan normalize unbalance force vs FK ................
32
Gambar II.19
Penggalian tanah bagian atas lereng ..............................
37
Gambar II.20
Buttressing …………………………………………….
38
Gambar II.21
Penempatan drain blanket di bawah timbunan .............
38
Gambar II.22
Penggunaan soil nailing ................................................
39
Gambar II.23
Sistem koordinat tiga dimensi dan korversi tanda untuk tegangan ..............................................................
Gambar II.24
Permukaan leleh model Mohr-Coulomb pada principal
viii
42
stress space (c=0) ..........................................................
45
Gambar II.25
Definisi E0 dan E50 ......................................................................................
48
Gambar III.1
Diagram Alir Prosedur Analisis ....................................
54
Gambar III.2
Rencana Jalan Tol Di Pulau Jawa .................................
57
Gambar III.3
Peta Jalan Tol Cipularang Tahap II ...............................
58
Gambar III.4
Kondisi Awal Sebelum Pekerjaan Proyek .....................
63
Gambar III.5
Pekerjaan Land Clearing ...............................................
64
Gambar III.6
Lapisan Tanah Awal ......................................................
65
Gambar III.7
Pengupasan dan pembuangan tanah Clay Shale ............
65
Gambar III.8
Test tanah dasar menggunakan penetrometer ................
66
Gambar III.9
Pekerjaan Awal Penimbunan Badan Jalan Tol ..............
67
Gambar III.10
Proses Penimbunan Badan Jalan Tol .............................
67
Gambar III.11
Proses Pekerjaan Lereng Badan Jalan Tol .....................
68
Gambar III.12
Lereng Timbunan Badan Jalan Tol ...............................
68
Gambar III.13
Proses Pemadatan Lereng Timbunan Badan Jalan Tol .
69
Gambar III.14
Proses Pemadatan Timbunan Badan Jalan Tol ..............
69
Gambar III.15
Sand Cone Test untuk kepadatan tanah .........................
70
Gambar III.16
Speedy Moisture Test untuk kepadatan tanah ................
70
Gambar III.17
Hasil Pemadatan Tanah Timbunan Badan Jalan Tol .....
71
Gambar III.18
Lokasi Kaki Lereng Timbunan sebagai Disposal area .
71
Gambar III.19
Pemasangan cerucuk batang kelapa pada lereng yang longsor pada saat pekerjaan penimbunan (Oktober 2004) ..............................................................................
72
Gambar III.20
Peta geologi daerah penelitian .......................................
74
Gambar III.21
Kontur Tanah Awal daerah penelitian ...........................
75
Gambar III.22
Kondisi Badan Jalan di KM 96+660 B (Mei – Juni 2007) …………………………………………………..
Gambar III.23
75
Kondisi Badan Jalan di KM 96+660 B (Nov - Des 2007) …………………………………………………..
76
Gambar III.24
Retak-retak pada bahu jalan (28 Januari 2008) ……….
76
Gambar III.25
Setelah overlay dengan aspal (18 Februari 2008) …….
76
ix
Gambar III.26
Kondisi Badan Jalan di KM 96+660 B (Nov – Des 2007) …………………………………………………..
Gambar III.27
77
Kelongsoran material disposal pada kaki timbunan km.96+660/B .................................................................
77
Gambar III.28
Prediksi bidang longsor .................................................
78
Gambar III.29
Prediksi Lapisan Tanah daerah penelitian berdasarkan hasil pemboran tanah .....................................................
81
Gambar III.30
Lokasi titik unting-unting dan inklinometer ..................
82
Gambar III.31
Prediksi Bidang longsor dari hasil pemantauan Inclinometer dan unting-unting .....................................
Gambar III.32
85
Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan periode ulang 500 tahun ...............
88
Gambar IV.1
Cross Section Asbuilt Drawing km 96+600 …………..
93
Gambar IV.2
Cross Section Asbuilt Drawing km 96+625 ………….
94
Gambar IV.3
Cross Section Asbuilt Drawing km 96+650 …………..
95
Gambar IV.4
Hasil Prediksi Penampang Cross Section dari Asbuilt Drawing Daerah Penelitian km 96+600 ………………
Gambar IV.5
96
Perkiraan pelapisan tanah dan parameter tanah pada km 96+600 .....................................................................
97
Gambar IV.6
Pemodelan mesh elemen hingga ...................................
98
Gambar IV.7
Hasil Akhir Analisis Stabilitas Lereng Timbunan KM 96+660B (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ............................
Gambar IV.8
Connectivities (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ............................
Gambar IV.9
104
Total Displacements (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ................
x
103
Total incremental displacements (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ....
Gambar IV.11
102
Vertical Displacements extreme (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ....
Gambar IV.10
101
105
Gambar IV.12
Horizontal displacements (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ................
Gambar IV.13
106
Horizontal increamental displacements (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) .............................................................................
Gambar IV.14
Total strains (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ............................
Gambar IV.15
111
Flow field (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ............................
Gambar IV.19
110
Active water head (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ............................
Gambar IV.18
109
Active pore pressures (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ................
Gambar IV.17
108
Incremental total strains (c = 5 kPa, φ = 120, SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 12 meter) ................
Gambar IV.16
107
112
Hasil Analisis Balik Stabilitas Lereng KM 96+660B menggunakan Program Slope/W (c = 7 kPa, φ = 140 , SF = 1 dengan kedalaman bidang longsor 11 meter ) ...
Gambar V.1
113
Ketidakstabilan lereng dengan alternatif perkuatan Buttressing .....................................................................
116
Gambar V.2
Detail sheet pile ...........................................................
116
Gambar V.3
Ketidak stabilan lereng dengan menggunakan alternatif perkuatan sheet pile .......................................................
Gambar V.4
Pemasangan bored pile atas/baris ke-1 (FK meningkat menjadi =1.15) ...............................................................
Gambar V.5
117
118
Pemasangan Bored Pile baris ke-1 dan baris ke-2 (FK menjadi =1,3) .................................................................
118
Gambar V.6
Diagram momen pada bored pile di KM 96+660B .......
119
Gambar V.7
Diagram interaksi momen bored pile untuk analisis penulangan .....................................................................
xi
119
Gambar V.8
Tulangan bored pile .......................................................
120
Gambar V.9
Ilustrasi tumpuan pile cap …………………………….
120
Gambar V.10
Detail tulangan lentur pile cap ......................................
122
Gambar V.11
Detail tulangan momen pile cap ....................................
123
Gambar V.12
Perkuatan bored pile tahap 1 .........................................
124
Gambar V.13
Perkuatan bored pile tahap 2 .........................................
125
Gambar V.14
Lokasi Pemasangan Bored Pile 2 Baris ........................
126
Gambar V.15
Kondisi gempa (A0 = 0.23G periode ulang 500 th) dengan metode pseudostatik. FK = 1,0 terjadi pada lereng jalur A (tanpa perkuatan). FK jalur B > 1.0 .......
xii
127
DAFTAR TABEL
Tabel II.1
Skema Klasifikasi Kelongsoran ………………………….
13
Tabel II.2
Klasifikasi kecepatan gerakan lereng .................................
14
Tabel II.3
Tingkat swelling untuk berbagai clay minerals .................
16
Tabel II.4
Kondisi keseimbangan statik yang dipenuhi metode keseimbangan batas ............................................................
25
Tabel II.5
Besar Faktor Keamanan (FK) ............................................
31
Tabel II.6
Hasil analisis pseudostatic lereng yang runtuh pada saat terjadi gempa ......................................................................
34
Tabel II.7
Korelasi untuk Lempung ....................................................
48
Tabel II.8
Korelasi untuk Pasir ...........................................................
48
Tabel III.1
Proyek Pembangunan Jalan Tol Cipularang Tahap II ........
59
Tabel III.2
Pembagian Seksi Pembangunan Jalan Tol Cipularang
Tabel III.3
Tahap II ..............................................................................
60
Pekerjaan Tanah, Drainase dan Concrete Barrier Proyek
61
Pembangunan Jalan Tol Cipularang Tahap II .................... Tabel III.4
Pekerjaan Struktur dan Perkerasan Proyek Pembangunan Jalan Tol Cipularang Tahap II ............................................
62
Tabel III.5
Hasil Pemboran Mesin daerah penelitian (BM I) ..............
79
Tabel III.6
Hasil Pemboran Mesin daerah penelitian (BM II) .............
80
Tabel III.7
Profil Pergerakan Tanah Pada Inclinometer yang Tegak Lurus Dengan Timbunan ....................................................
Tabel III.8
83
Profil Pergerakan Tanah Pada Inclinometer yang Searah Dengan Timbunan ..............................................................
84
Tabel III.9
Jenis-jenis tanah ………………………………………….
86
Tabel III.10
Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing wilayah gempa
xiii
Indonesia ............................................................................
87
Tabel IV.1
Hasil Proses Analisis Balik Daerah Penelitian …………...
99
Tabel V.1
Properti sheet pile ...............................................................
116
Tabel V.2
Properti bored pile ..............................................................
118
xiv
xv
