Bab IV STABILITAS LERENG
PENDAHULUAN Permukaan tanah tidak horisontal gravitasi cenderung menggerakkan tanah kebawah >>> perlawanan geseran tidak mampu menahan longsor. Analisis stabilitas pada permukaan miring Analisa Stabilitas lereng. Faktor-faktor yang mempengaruhi hitungan stabilitas lereng : • Kondisi tanah yang berlapis-lapis • Kuat geser tanah • Aliran rembesan.
TIPE-TIPE LONGSORAN • • • • • •
Longsoran (slides) Jatuhan (falls) Robohan (topples) Sebaran (spreads) Aliran (flows) Kompleks (combination of types)
1). Longsoran (slides) a. Longsoran translasi (translational slides) Merupakan longsoran dengan bidang gelincir datar di sepanjang diskontinuitas atau bidang lemah yang secara pendekatan sejajar dengan permukaan lereng sehingga terjadi gerakan tanah secara translasi
Gambar 1. Longsoran translasi
• Longsoran translasi dibedakan menjadi : • • • •
Longsoran blok translasional (translational block slides) Longsoran pelat (slab) Longsoran translasi berlipat (multiple translational slides) Longsoran sebaran (spreading failures)
Gambar 2. Pergerakan Blok
• Longsoran rotasi (rotational slides) Merupakan longsoran akibat gaya yang menyebabkan gerakan berputar pada suatu titik (momen) dan menghasilkan bidang gelincir berbentuk lengkung atau lingkaran. Biasa disebut nendatan (slump)
Gambar 3. Longsoran Rotasi
• Jatuhan (falls), merupakan pergerakan material pembentuk lereng yang sangat cepat termasuk batu jatuh bebas, lompatan, dan bergulir ke bawah pada permukaan lereng, atau batu menggelinding atau pecahan batu bergerak ke bawah dipermukaan lereng (Varnes, 1978) .
Gambar 4. Runtuhan Batu
Robohan (topples), terjadi ketika sejumlah besar batuan atau material lain bergerak ke bawah dengan cara jatuh bebas. Umumnya terjadi pada lereng yang terjal hingga menggantung terutama di daerah pantai.
Gambar 5. Runtuhan Batu
• Sebaran (spreads) • Kombinasi dari meluasnya massa tanah dan turunnya massa batuan terpecah-pecah ke dalam material lunak di bawahnya (Cruden dan Varnes,1992) • Spreads juga merupakan gerakan tanah yang umumnya terjadi kearah samping karena terjadi pada kemiringan-kemiringan atau muka lahan datar / sangat datar.
Gambar 6. Sebaran / Spreds
• Aliran (Flows) Gerakan hancuran material ke bawah lereng dan mengalir seperti cairan kental dan sering terjadi dalam bidang geser relatif sempit. – Aliran tanah (earth flow) – Aliran lumpur/lanau (mud flow) – Aliran debris (debris flow) – Aliran longsoran (flow slide)
Gambar 7. Aliran/Flow
• FAKTOR-FAKTOR PENYEBAB TANAH LONGSOR 1). Faktor Alam a. Kondisi geologi : batuan lapuk, kemiringan lapisan, sisipan lapisan batu lempung, struktur sesar dan kekar, gempa bumi, stratigrafi dan gunung api. b. Iklim : curah hujan yang tinggi. c. Keadaan topografi : lereng yang curam. d. Keadaan tata air : kondisi drainase yang tersumbat, akumulasi massa air, erosi dalam, pelarutan dan tekanan hidrostatika. e. Tutupan lahan yang mengurangi tahanan geser, misal tanah kritis.
Gambar 9. Lereng Terjal Gambar 10. Batuan yang Kurang Kuat
Gambar 11. Tanah yang Kurang Padat dan Tebal Gambar 12. Jenis Tata Lahan
2). Faktor manusia Akibat aktivitas manusia antara lain : a. Pemotongan tebing pada penambangan batu dilereng yang terjal. b. Penimbunan tanah urugan di daerah lereng. c. Kegagalan struktur dinding penahan tanah. d. Penggundulan hutan. e. Budidaya kolam ikan diatas lereng. f. Sistem pertanian yang tidak memperhatikan irigasi yang aman. g. Pengembangan wilayah yang tidak diimbangi dengan kesadaran masyarakat. h. Sistem drainase daerah lereng yang tidak baik.
Gambar 13. Akibat Getaran
Gambar 14. Penambahan Beban
Gambar 15. Pengikisan/Erosi Gambar 16. Material Timbunan pada Tebing
Teori analisa stabilitas lerang Analisa stabilitas lereng konsep keseimbangan batas plastis faktor aman dari bidang longsor yang potensial. Faktor aman didefinisikan sebagai nilai banding antara gaya yang menahan dan gaya yang menggerakkan:
τ c + σ tg ϕ = F = τd c d + σ tg ϕ τ = c + σ tg ϕ τ d = c d + σ tg ϕ d
d
τ = tahanan geser maksimum disepanjang bid. Longsor τd = tegangan geser akibat beban yang terjadi C dan φ = parameter geser sepanjang bid. Longsor Cd dan φd = parameter geser yg dibutuhkan untuk keseimbangan bid longsor
Analisa stabilitas lereng dengan bidang longsor datar. c d + σ tg ϕ d =
c tg ϕ +σ F tg ϕ d
c Fc = cd Fϕ =
ϕ ϕd
1. Lereng tidak terhingga (infinite slope) a. Kondisi tanpa rembesan Faktor aman lereng setebal H pada bidang longsor Ab dalam lereng yang ridak terdapat aliran F =
c
γ b cos
2
α .tg α
+
tg ϕ tg α
Analisa stabilitas lereng dengan bidang longsor datar. F= faktor aman c-= kohesi (kN/m2) φ= sudut gesek dalam tanah α = sudut kemiringan lereng Untuk tanah yang memiliki nilai f dan c, ketebalan tanah pada kondisi kritis Hc terjadi bila F=1 (akan longsor) H
c
=
γ b cos
2
c α (tg α − tg ϕ
)
Untuk tanah granuler pada kondisi kritis (C=0), selama α < φ, maka lereng masih dalam kondisi stabil krn F>1 F =
tg ϕ tg α
Analisa stabilitas lereng dengan bidang longsor datar. Untuk tanah kohesif : F =
c
γ b cos
2
α (tg α
)
Pada kondisi kritis, F=1 c = cos γ b .H
2
α (tg α
)
b. Pada kondisi dengan rembesan diatas permukaan lereng F =
γ
sat
c H cos
Jenis tanah Angka aman
2
α .tg α
+
γ ' tg ϕ γ sat tg α
Granular
F =
γ ' tg ϕ γ sat tg α
kohesif
F =
γ
sat
c H cos
2
α .tg α
Analisa stabilitas lereng dengan bidang longsor datar. c. Pada kondisi dengan rembesan dibwh permukaan lereng
( γ ' H1 + γ b H2 )tgϕ c F= + (γ satH1 + γ b H2 )sinα.cosα (γ satH1 + γ b H2 )tgα
Analisa stabilitas lereng dengan bidang longsor datar. 2. Lereng terbatas (finite slope) Timbunan yang terletak pada tanah asli miring. Maka berat tanah timbunan yang longsor : W =
1 2
H .C B .γ =
1 2
sin (β − α ) H .γ sin β sin α
W Na Ta H
Dan pada kondisi kritis F=1 : H
c
4 C sin β cos α = . γ 1 − cos (β − ϕ
P
)
Hc = tinggi lereng kritis α = sudut longsor thd horisontal β = sudut lereng tanah C = kohesi
Tr β
α
Nr
L
Contoh soal • Suatu lereng tak terhingga terbentuk dari tanah yang mempunyai berat volume basah = 18,6 kN/m3. kuat geser bid kontak tanah dan batu : c = 20 kN/m2 dan φ=20. pada kondisi tanpa rembesan. a) Jika H=8 m dan α = 22, tentukan besarnya faktor aman thd bahaya longsor b) Jika α = 25, tentukan tinggi H maksimum untuk faktor aman F=1 c) Tentukan penyelesaian a dan b jika pada kondisi rembesan terjadi pada permukaan lereng lereng jika berat volume jenuh 20,98 kN/m3
Penyelesaian a. Faktor aman F = F =
c
γ b cos
2
tg ϕ + α .tg α tg α 20
18 , 6 cos
2
22 .tg 22
+
tg 20 = 1 , 25 tg 22
b. Tinggi maksimum H H
c
=
c
=
γ b cos
2
18 , 6 cos
c α (tg α − tg ϕ 2
)
18 25 (tg 25 − tg 20
)
= 11 , 5 m
Contoh soal 2 • Suatu lereng tak terhingga dipengaruhi oleh rembesan dengan muka air terletak dipermukaan lereng.tentukan faktor aman tersebut terhadap bahaya longsor.diketahui data tanah pada lereng berat volume jenuh = 20 kN/m3 H=8 m α = 22. kuat geser pada bidang longsor : c = 18 kN/m2 dan φ=20. Penyelesaian : γ '= γ F =
γ
sat
sat
−γ
w
= 20 − 9 , 81 = 10 ,19 kN / m 3
c . H cos
2
α .tg α
+
γ ' tg ϕ γ sat tg α
18 10 ,19 tg 20 F = + = 0 , 78 〈1 2 20 . 8 . cos 22 .tg 22 20 .tg 22
Lereng tidak stabil
Penyelesaian a. Faktor aman F = F =
c
γ b cos
2
tg ϕ + α .tg α tg α 18
18 , 6 cos
2
22 .tg 22
+
tg 20 = 1 , 25 tg 22
b. Tinggi maksimum H H
c
=
c
=
γ b cos
2
18 , 6 cos
c α (tg α − tg ϕ 2
)
18 25 (tg 25 − tg 20
)
= 11 , 5 m
Analisa stabilitas bidang longsor berbentuk lingkaran 1. Methode of Slice Digunaka pada tanahyang tidak homogen dan aliran rembesan terjadi dlm tanah tidak menentu a. Metode Fellinius Mengasumsikan gaya yang bekerja sisi kanan dan kiri dari sembarang irisan mempunyai resultante nol pada arah tegak lurus bidang longsor i= n
F =
∑
i =1
ca 1 + (W i cos θ i − u i a i )tg ϕ
a =panjang lengkung lingkaran W= berat irisan tanah U = tekanan air pori
i= n
∑W i =1
i
sin θ i
Analisa stabilitas bidang longsor berbentuk lingkaran b. Metode Bishop disederhanakan Gaya yang bekerja pada sisi-sisi irisan mempunyai resultan nol pada arah vertikal . i= n
F =
∑
i =1
1 [c ' b i + (W i − u i b i )tg ϕ '] cos θ i (1 + tg θ i tg ϕ ' / F ) i= n
∑W i =1
i
sin θ i
bi =lebar irisan ke-i (m) W= berat irisan tanah U = tekanan air pori ru =
ub u = W γh
Analisa stabilitas bidang longsor berbentuk lingkaran i= n
F =
∑
i =1
1 [c ' b i + W i (1 − ru )tg ϕ ' ] cos θ i (1 + tg θ i tg ϕ ' / F ) i= n
∑W i =1
bi =lebar irisan ke-i (m) W= berat irisan tanah U = tekanan air pori
i
sin θ i
Analisa stabilitas bidang longsor berbentuk lingkaran 2. Diagram taylor (1984). Analisa stabilitas lempung denga φ=0 Diagram stabilitas lereng lempung digunakan pada lempung homogen jenuh dengan kuat geser undrain yang konstan disembarang Kedalaman
cu F = cd N
d
H
c
cd cu = = F γH γH cu = γN d
Contoh soal : Suatu tanah digali sedalam 14 m dengan kemiringan tebing 1,5H : 1 v sampai kedalaman 5 m dibawah permukaan, tanah memiliki γ= 17,7 kN/m3, c’ = 25 kN/m2, dan φ=10. dibawah lapisan tersebut tanah mempunyai γ= 19,1 kN/m3, c’ = 34 kN/m2, dan φ=24 dan tanah dalam kondisi jenuh. Kondisi galian, lingkaran longsor dan permukaan airfreatis diperlihatkan pada gambar. Berapa faktor aman dari lereng galian tersebut. Penyelesaian : Bidang longsor dibagi dalam 8 irisan. Panjang total bidang horisontal 34,5. masing-masing irisan 34,5/8 = 4,31 m
• Contoh penyelesaian pada irisan no 6 h1 = 7,4 m dan lapisan atas h2 = 5 m W
6
=
W
6
=
(γ 1 . h . b ) + (γ 2 . h . b ) (17 , 7 . 5 . 4 , 31 ) + (19
U = h 6 .γ
w
,1 . 7 , 4 . 4 , 31
)=
991 kN
. a 6 = 7 , 5 . 10 . 5 , 2 = 390 kN
Dengan memperhatikan jari-jari dan sudut yang diapit panjang Garis DE = 5,45 dan BE = 35,6 m Tahanan terhadap longsoran yang dikerahkan oleh komponen kohesi :
∑
c i a i = 25 × 5 , 45 + 34 × 35 , 6 = 1347
kN
Irisan no
Berat W1
φ1
Wi cos φi
Wi sin φi
Ui= ui.ai
Wi cos φi -ui.ai
1 2 3 4 5 6 7 8
196 519 781 965 1084 991 721 232
-16,3 -10,7 1,1 10,75 19,96 31,31 43,9 53
180 510 780 945 1020 855 535 139,6
-55 -90 15 180 370 515 500 185
90 225 310 365 385 390 305 78
90 285 470 580 635 465 230 62 2817
133
58
71
106 1727
4
67
Tahanan terhadap longsoran oleh komponen gesekan pada kedua lapisan 2817 × tan 24 1347 + 1266 F = 1727
0
+ 67 × tan 10 = 1 , 51
0
= 1266
Contoh soal 2 Suatu galian sedalam 10 m dibuat pada tanah lempung jenuh yang mempunyai berat volume 18,5 kN/m3 dan kohesi 40 kN/m2. lapisan tanah keras pada kedalaman 12 m dibawah muka tanah. Dengan menganggap sudut gesek tanah = 0, berapakah kemiringan lereng (β) yang dibutuhkan agar faktor aman 1,5. Penyelesaian Faktor kedalaman D= 12/10 = 1,2
N
d
cu = F γH
40 = 1 , 5 . 18 , 5 . 10
= 0 ,144
Dari diagram taylor diperoleh D=1,2 dan Nd = 0,144 diperoleh kemiringan β = 230
