Proceeding 9 th Indonesian Geotechnical Conference and 15 th Annual Scientific Meeting Jakarta, 7-8 December 2011

Proceeding 9th Indonesian Geotechnical Conference and 15th Annual Scientific Meeting Jakarta, 7 - 8 December 2011

"Geotechnical Engineering and Its Advance Developments from Theories to Practices"

Editor :

Bigman M. Hutapea, Widjojo A. Prakoso, Irawan Firmansyah, Hendra Jitno, Gouw Tjie Liong, Pintor Tua Simatupang.

HIMPUNAN AHLI TEKNIK TANAH INDONESIA INDONESIAN SOCIETY FOR GEOTECHNICAL ENGINEERING (ISGE) Basement Aldevco Octagon, Jl. Warung Jati Barat Raya No. 75 Jakarta Selatan 12740

9th Indonesian Geotechnical Conference and 15th Annual Scientific Meeting Jakarta, 7 - 8 December 2011

CHAIRMANADDRESS Dear Minister of Public Work, Republic of Indonesia, Chairman of National Construction Services Development Board, Members of Indonesian Society for Geotechnical Engineering, Invited Guest, Sponsors, Participants, and Ladies and Gentlemen It is agreat pleasure for me, on behalf of all the organizing committee members, to welcome you this morning to this import ant event for our society. Special greetings to Minister of Public Work: thank you for your coming. Also special greetings to all our guest who come from abroad: welcome to our beloved country Indonesia. In this opportunity, we wish to express ours in care thanks to the keynote speakers and invited speakers for their coming to this annual conference for giving lecture and share their valuable expertise and experience in the field of geotechnical engineering. Ladies and Gentlemen, This year, annual conference of our society coincides with four years meeting which is intended to select new president of our society. Therefore, in this first day the conference schedule includes meeting of member societies to discuss our past, present and future programs of society and last to take the vote for election of new president. Ladies and Gentlemen, On behalf of organizing committee allow me to report that conference address fours keynote lectures five invited lectures who comes from local and abroad experts. The theme of lectures are various in the field of geotechnical engineering. It is because the theme of conference to be: Geotechnical engineering and its advance developments, from theories to practices. Ladies and Gentlemen, Through this conference, it is hope that the participants can extract in valuable lessons from the lectures and fruitful interaction bet ween them. Before ending allow me, on behalf of all the conference committee members, to wish the participants and sponsors our gratefully knowledge. Atlast, we apologize if there is any mistake in our part. Thank you for your attention, Dr. Pintor T. Simatupang

i


Ysh. Dewan Penasehat dan Dewan Pertimbangan Pengurus HATTI Pusat Pengurus Cabang HATTI Para Undangan, Pembicara, dan Peserta Konferensi Geoteknik Indonesia – IX Pertama-tama kami mengucapkan selamat datang di ibukota negara Republik Indonesia yang kita cintai ini. Tidak terasa empat tahun sudah berlalu sejak kita menyelenggarakan Konferensi Geoteknik yang ke VIII di Jakarta. Memang salah satu tugas dari Pengurus Pusat HATTI adalah menyelenggarakan Konferensi Geoteknik setiap empat tahun, dimana salah satu acara pokoknya adalah menyelenggarakan kongres dengan tujuan antara lain melakukan pemilihan pengurus HATTI pusat untuk perioda empat tahun berikutnya. Pada Konferensi Geoteknik kali ini, diselenggarakan juga Pertemuan Ilmiah Tahunan (PIT) yang ke XV, yaitu suatu kegiatan dimana kita saling dapat menukar informasi mengenai kegiatan-kegiatan dalam bidang geoteknik yang kita hadapi pada tahun-tahun yang lalu. Untuk itu panitia telah berhasil menghadirkan pembicara-pembicara, baik dari dalam maupun dari luar negeri, yang kompeten dalam bidangnya. Mari kita gunakan kesempatan ini untuk memperdalam pengetahuan geoteknik kita disamping juga untuk mempererat persaudaraan diantara sesama anggota HATTI. HATTI sudah berdiri sejak tahun 1978. Sudah banyak getaran-getaran yang dialami HATTI sejak didirikan sampai dengan saat ini. HATTI bisa bertahan melalui gelombang-gelombang cobaan tidak hanya dikarenakan anggotanya yang militan dan solid, seperti batu karang ditengah laut, tetapi juga dikarenakan memiliki para “sesepuh” yang selalu siap membantu disaat dibutuhkan. Untuk menghormati para “sesepuh” yang sudah banyak berjasa kepada HATTI, maka sangatlah tepat bila kita menggunakan kesempatan ini untuk memberikan penghargaan kepada mereka. Semoga teladan yang telah mereka contohkan dapat diikuti oleh para anggota yang jauh lebih muda. Acara hari ini yang mengambil tema “Geotechnical Engineering and Its Advance Developments from Theories to Practices” kiranya akan sulit terlaksana tanpa kerjasama dan bantuan berbagai pihak. Untuk itu ijinkanlah saya menggunakan kesempatan ini untuk mengucapkan terimakasih kepada para pemakalah, para sponsor dan pihak-pihak lainnya yang telah membantu terselenggaranya acara kita hari ini. Ucapan terimakasih dan penghargaan setingi-tingginya kami tujukan juga bagi panitia yang telah rela meluangkan waktu-waktu sibuknya demi kesuksesan kegiatan ini. Akhir kata, kami ucapkan selamat mengikuti Konferensi Geoteknik - IX dan Pertemuan Ilmiah Tahunan HATTI - XV dari Himpunan Ahli Teknik Tanah Indonesia. Jakarta, 7 Desember 2011 Ir. Bigman Marihat Hutapea, M.Sc., Ph.D Ketua Umum

ii


ORGANIZING COMMITTEE

Steering Committee

: Ir. Bigman M. Hutapea, M.Sc., Ph.D. Ir. YP. Chandra, M. Eng Ir. Idrus, MSc

Chairman Secretary Treasurer

: Ir. Pintor Tua Simatupang, MT. Dr-Eng : Ir. Fauzie Buldan Y. : Ir. Budiantari HL. MSc

Editor

: Ir. Bigman M. Hutapea, M.Sc., Ph.D. Ir. Widjojo A. Prakoso, MSCE, PhD Ir. Irawan Firmansyah, MSCE Ir. Hendra Jitno, MASc. Ph.D. Ir. Gouw Tjie Liong, M. Eng Ir. Pintor Tua Simatupang, MT. Dr-Eng

Section Events

: Ir. Wawan Kuswaya, MT Aksan Kawanda, ST Ir. Harry Samudra, MT Ali Iskandar, ST. MT Merry Natalia, ST. MT

Publications Section

: Aksan Kawanda, ST. Ali Iskandar, ST. MT.

Secretariat

: Josephine Aristiti Setyarini, ST. MT Yunan Halim, ST. MT Sugino

iii


TABLE OF CONTENTS Preface Committee Chairman .................................................................................................... i Message from Chairman of Indonesian Society for Geotechnical Engineering (ISGE)........... ii Organizing Committee ............................................................................................................. iii Table of Contents .................................................................................................................. iv-ix Keynote Speakers : 1.

Kasus-kasus Kelongsoran pada Tanah Clayshale dan Penanggulangannya Prof. Ir. Masyhur Irsyam, MSE, PhD (Guru Besar Bidang Geoteknik, Institut Teknologi Bandung) .............................................................................................................................

2.

The Theory and Application of Unsaturated Soil Mechanics in Slope Engineering C. W. W. Ng, A. K. Leung & J. Xu (Department of Civil and Environmental Engineering, Hong Kong University of Science and Technology) …………………. 1-34

3.

Faktor Risiko Dalam Pekerjaan Geoteknik Prof. Dr. Ir. Abdul Aziz Djajaputra,MSCE, Ir. Andi Kartawiria,MT (LAPI- ITB) .. 35-44

4.

Slope Stabilisation Techniques - Hong Kong Experience Albert Ho, Mike Wright, Ove Arup and Partners Hong Kong Ltd ............................ 45-50

Invite Lectures : 1.

Stability of Tailings Dams in Seismic Active Regions Hendra Jitno, Principal Engineer- Tailings and Water – Rio Tinto Alcan, Brisbane, Australia..................................................................................................................... 51-60

2.

Internal Stability of Reinforced Soil Structures Using a Two-Part Wedge Method Michael Dobie, Asia Pacific Regional Manager, Tensar International Limited, Indonesia .................................................................................................................... 61-72

3.

Deep Excavation Failure,Can They be Prevented Gouw Tjie – Liong, Certified Geotechnical Consultant ............................................ 73-88

4.

Mekanika Tanah untuk Tanah Endapan dan Tanah Residu Laurence D Wesley, University of Auckland ........................................................... 89-100

5.

Shield Tunneling Method and Technology Application Takuzo SATO, Deputy Project Manager, Singapore Downtown Line 1 C905, Shimizu Corporation ........................................................................................................... 101-110

iv


Technical Session : Controlled Modulus Columns (CMC): A New Trend in Ground Improvement and Potential Applications to Indonesian Soils Kenny Yee, Ryan Ade Setiawan, Olivier Bechet, BUT Menard Geosystems Jakarta ..... 111-118 The Speakers : Classification 1 1.

Considering Bored Tunnel Effects in Pile Design Carolus B. Setjadiningrat, Prabhakara P. Rao ..................................................... 119-124

2.

Damage Assessment Due to Tunneling and Deep Excavation Works Jonathan McCallum, Carolus B. Setjadiningra..................................................... 125-130

3.

Geotechnical Aspect in Mining I Gede Mahardika, Didiek Djarwadi ..................................................................... 131-136

4.

Daya Dukung Pondasi Tiang Pancang Berdasarkan Korelasi Empiris Menggunakan Data Standard Penetration Test dan Data Pemancangan ‘Pressed Pile’ Maria Wahyuni ...................................................................................................... 137-142

5.

Behaviors of Load Settlement of Bored Pile Embedded in Soft Clay Overlying Dense Sand: Field Measurement vs. Finite Element Simulation Dayu Apoji, Endra Susila ...................................................................................... 143-150

6.

Deep Excavation for Underground Infrastructure in Soft Soil Setianto Samingan Agus, Nicholas Mace .............................................................. 151-158

7.

Studi Pengaruh Variasi Panjang Tiang Terhadap Daya Dukung Kelompok Tiang (Model Tes Skala Lab) Soewignjo Agus Nugroho, Agus Ika Putra, Rina Febrianti ................................... 159-164

8.

Remediasi Tanah Tercemar Logam Berat Menggunakan Gejala-Gejala Elektrokinetik R.M. Rustamaji, Eka Priadi ................................................................................... 165-170

9.

Reabilitas Daya Dukung Aksial Tekan Pondasi Tiang Bor di Jakarta Yudhi Lastiasih ...................................................................................................... 171-176

10.

The Implementation of The Undrained Soft Clay Model in PLAXIS Software using The User Defined Model Feature Aswin Lim, Chang-Yu Ou, Pai-Go Hsieh .............................................................. 177-184

v


11.

Analisa Rembesan Bendungan Tailing Way Linggo Lilies Widojoko, Heri Syaeful, Eddy Trianto ......................................................... 185-190

12.

Indonesian Practical Experiences Investigating The Pile Design by Using High Capacity Push-in Jacks Hadi Rusjanto Tanuwidjaja, Grace Kurniawati Santoso ...................................... 191-194

13.

Studi Parameter Perencanaan Terowongan Kembar (Twin Tunnel) dengan Pemodelan Numerik Multilaminate Wilham G. Louhenapessy, Rivai Sargawi ............................................................ 195-200

Classification 2 1.

Pengaruh Fine Aggregate Angularity dan Persentase Pasir terhadap Kekuatan Geser Tanah Residual Tropis Erza Rismantojo, Reza Ismaniar……………………………………………………... 201-206

2.

Vacuum Preloading Versus Conventional Embankment Preloading for Accelerating Consolidation Process: A Comparison Study from Analysis of Full Scale Test Masrur Abdull Hamid Ghani, Masyhur Irsyam, Endra Susila, Andri Nugroho, Hartanto Legowo................................................................................................................ 207-214

3.

Pengaruh Stabilisasi Tanah Pasir Kelempungan dengan Aspal Emulsi Terhadap Kekuatan TanahElifas Bunga, H. Muh. Saleh Pallu.................................. 215-222

4.

On The Un-Computerized Direct Shear Apparatus M. Farid Ma’ruf........................................................................................ 223-226

5.

Retensi Air dan Keberlakuan Konsep Tegangan Effektif pada Tanah Kelempungan yang Mengalami Tegangan Air Pori Negatif Indarto ..................................................................................................... 227-234

6.

Analisis Indeks Properties dan Mekanikal Sedimen Pengerukan Dam Bili-Bili dengan Stabilisasi Semen dan Kapur Hamzah Yusuf, Lawalenna Samang.......................................................... 235-240

7.

Cone Penetration Test Incorporating Ageing Method for Liquefaction Assessment Bambang Setiawan, Mark B. Jaksa, William S. Kaggwa........................... 241-246

8.

Interpretasi Elevasi dan Ketebalan Tanah Gambut Berdasarkan Uji Piezocone/CPTu Herwan Dermawan .................................................................................. 247-252

vi


9.

Aplikasi Geotube Sebagai Konstruksi Alternatif Penanggulangan Erosi Akibat Gelombang Pasang Bono Andryan Suhendra, Ganny Saputra, Eric Rinaldo Kodrat ........................ 253-258

10.

The Influence of Cations Exchanges To Atterberg Limit On Soft Clay Soil Nahesson Hotmarama Panjaitan, Ahmad Rifa’i, Agus Darmawan Adi, P. Sumardi Agus Darmawan Adi, P. Sumardi............................................................... 259-262

11.

Korelasi Berat Volume Tanah Kondisi Saturated, Batas Cair dan Kadar Air Terhadap Kuat Geser Undrained Tanah Lempung Arief Alihudien .......................................................................................... 263-268

12.

Memprediksi Perilaku Kekuatan Geser dan Perubahan Volume Tanah Sisa yang Diperkuat (Reinforced Residual Soil) pada Berbagai Uji Triaksial Moh. Sofian Asmirza S. ............................................................................ 269-274

13.

Penentuan Parameter Geoteknik Tanah Residual Tropis Melalui Pengujian Dilatometer Hadi U. Moeno.......................................................................................... 275-288

14.

Resapan dan Kuat Tekan Tanah pada Lapisan Clay Liner yang Distabilisasi dengan Semen Sitti Hijriani Nur, Tri Harianto ................................................................. 289-298

Classification 3 1.

Konstribusi Koperan dalam Mereduksi Lendutan Sistem Pelat Terpaku pada Lempung Lunak Anas Puri, Hary Christiady Hardiyatmo, Bambang Suhendro, Ahmad Rifa'i Ahmad Rifa’i ............................................................................................ 299-306

2.

Investigasi Dan Analisa kestabilan Retakan Jalan Raya Pangkal Jaya Akses Menuju Area Unit Bisnis Pertambangan Emas Pongkor Sriwidada, Muhammad Hatta, ST ........................................................... 307-318

3.

Pondasi Dangkal diatas Tanah Lunak dengan Perkuatan Cerucuk Berdasarkan Hasil Percobaan Lapangan Yusti Yudiawati, Ahmad Marzuki (makalah No. 14 hal 319-324) ............. 319-324

4.

NSPT and Vs Correlation from Down-hole and SASW Seismic Tests Sindhu Rudianto, P.E., G.E. ..................................................................... 325-330

5.

Analisis Efek Instalasi Jacked Pile Pada Pipa Gas Widjojo A. Prakoso.................................................................................... 331-338

vii


6.

Theory and Application of Flow Box Test Result to Explain Initiation of Mudflow Shannon Hsien Heng Lee, Budijanto Widjaja............................................ 339-344

7.

Studi Pendekatan Analisa Realibilitas Terhadap Faktor Keamanan Lereng Merry Natalia Maranatha, Mariska Regina ............................................. 345-354

8.

Pengaruh Gejala-Gejala Elektrokinetik Terhadap Sifat-Sifat Tanah Lunak Pontianak Eka Priadi, R.M. Rustamaji....................................................................... 355-360

9.

Pengaruh Konfigurasi Inti Kedap Air Bendungan Urugan Batu Terhadap Retak Hidrolis D.Djarwadi., K.B. Suryolelono., B. Suhendro., H.C. Hardiyatmo............. 361-366

10.

Permasalahan Stabilitas Timbunan Tinggi pada Interface Daerah Non-CAT (Cekungan Air Tanah) dengan Daerah CAT Muhrozi, Florysco P. Siahaan ................................................................. 367-376

11.

Retaining Structure and Fill in Soft Soil I Gede Mahardika, I Wayan Sengara ...................................................... 377-382

12.

Pengaruh Panjang Cerucuk Terhadap Kekuatan Geser Tanah Komposit Dengan Uji Triaxial Terkonsolidasi Takterdrainasi Damrizal Damoerin , Wiwik Rahayu, Ucik Nurhayati (makalah No. 42)... 383-388

13.

Slope Failure Due To Void Creation In Highly Expansive Alluvial Soil : A 2-D/3-D Case Model Chaidir Anwar Makarim, Dicky Junaidi, Gopta Pratama .................................. 389-394

14.

Penelusuran Likuifaksi Padang Abdul Hakam, Hendri Warman ................................................................. 395-400

No Classification 1.

Bearing capacity of strip foundation on bamboo-geotextile composite reinforced soil Anwar Khatib and Aminaton Marto ........................................................... 401-408

2.

Variasi Beban dan Percepatan Getar pada Tanah Pasir Berpotensi Liquifaksi dengan Pemodelan Laboratorium Andy Hendri, Soewignjo Agus Nugroho, Muri Aldi .................................. 409-414

3.

Analisis Penyebab Kerusakan Tanah Dasar di Proyek Puruk Cahu - Muara Teweh Kalimantan Tengah Desiana Vidayanti .................................................................................... 415-422

4.

Pengaruh Arah Beban Gempa Pada Stabilitas Lereng Pintor Simatupang ................................................................................... 423-432

viii


5.

Trenchless technology for pipeline installation: horizontal directional drilling (HDD) and direct pipe (DP) David Setiawan Nugroho, H.M.G (Henk) ………….. 433-440

ix


Pengaruh Arah Beban Gempa Pada Stabilitas Lereng Pintor Tua Simatupang

Pengajar Program Teknik Sipil Universitas Mercu Buana, Jakarta

ABSTRAK: Pengaruh arah pembebanan seismik pada stabilitas lereng dianalisis dengan menggunakan prosedur numerik berdasarkan analisis shakedown dalam teori plastisitas. Konsep stabilitas lereng yang digunakan mengacu pada konsep pseudo-statik. Konsep pseudo-statik secara tradisional umumnya membuat beban seismik hanya dalam satu arah tertentu saja. Dalam studi ini, dengan mengacu pada teori shakedown, arah beban seismik dapat dibuat dalam berbagai arah. Dengan memberikan arah beban seismik yang bervariasi, maka dihitung stabilitas lereng untuk tanah-tanah kohesif dan granular. Dalam studi ini diperoleh kenyataan bahwa perlakuan beban seismik secara berulang-ulang mempengaruh secara signifikan stabilitas lereng, terutamanya untuk tanah-tanah friksi. Kata Kunci: stabilitas seismik, beban berulang, metode pseudo-statik, jenis tanah

1. PENDAHULUAN Masalah stabilitas seismik lereng merupakan masalah yang sangat penting dalam lapangan geoteknik, karena permasalahan ini hampir selalu muncul dalam konstruksi teknik sipil. Dalam analisis stabilitas seismik lereng biasanya dikenal dua macam alat analisis yaitu pendekatan dengan metode pseudo-statik yang merupakan metode awal sehingga disebut sebagai metode konvensional dan yang kedua dengan menggunakan analisis dinamik yang biasanya melibatkan metode elemen hingga. Konsep pseudo-statik adalah konsep yang menyederhanakan pembebanan gempa menjadi suatu beban inersia yang bekerja di pusat massa dengan arah horizontal ke arah lereng. Meskipun metode ini mengandung banyak kelemahan, namun hingga saat ini penggunaan metode ini dalam memperkirakan stabilitas seismik lereng masih tetap banyak digunakan. Analisis pseudo-statik pada penentuan stabilitas seismik lereng biasanya didasarkan atas prinsip-prinsip metode kesetimbangan batas (contohnya Newmark, 1965; Spencer, 1978; Sarma, 1979; Prater, 1979; Koppula,

1984; dan Leshchinsky dan San, 1994). Metode kesetimbangan batas umumnya memerlukan penentuan mode keruntuhan terlebih dahulu sebelum dilakukan analisis. Makalah ini mengajukan suatu metode penentuan stabilitas seismik lereng dengan pendekatan konsep pseudo-statik, namun dalam beberapa hal pembebanan seismik yang digunakan mendekati keadaan pembebanan gempa yang sebenarnya. Sudah cukup difahami bahwa beban gempa sesungguhnya bukanlah konsep beban statik tetapi adalah beban dinamik. Pada metode pseudo-statik yang dikenal sekarang, beban gempa yang umumnya dalam bentuk akselerasi permukaan (ground acceleration) didekati sebagai suatu beban monotonik ke satu arah saja. Sedangkan sesungguhnya beban gempa dalam bentuk akselerasi tersebut, arahnya berubah-ubah secara berlawanan (alternating in direction). Dalam makalah ini. berbeda dengan pendekatan pseudo-statik konvensional, beban gempa dikenakan pada struktur dengan arah berubah-ubah sampai diperoleh kondisi shakedown. Penentuan stabilitas seismik lereng dalam bentuk faktor keselamatan (factor of safety) dicapai apabila struktur telah berada dalam kondisi shakedown. 423


2. ANALISIS SHAKEDOWN DAN STABILITAS LERENG Analisis shakedown merupakan salah satu metode penyelesaian dalam teori plastisitas sama halnya dengan metode slip line atau limit analysis. Yu (2005) menggambarkan posisi kondisi shakedown pada struktur elastis-plastis secara sederhana sebagai berikut. Apabila struktur elastis-plastis menderita beban siklis, maka terdapat tiga situasi yang mungkin terjadi, yaitu: 1) apabila beban yang digunakan kecil, katakanlah dibawah batas elastis struktur tersebut, maka di setiap titik dalam struktur tersebut tidak ada yang mengalami deformasi plastis sehingga prilaku struktur tersebut keseluruhannya adalah dalam kondisi elastis; 2) apabila beban yang digunakan telah melebihi batas leleh (yield limit) sedemikian hingga terdapat sebagian dari struktur tersebut telah mengalami deformasi plastis, namun masih di bawah batas kritis, maka deformasi plastis akan berhenti setelah beberapa kali pemakaian beban siklis. Dengan kata lain, setelah sejumlah pembebanan siklis dengan deformasi plastis maka untuk beban siklis selanjutnya keseluruhan struktur akan berprilaku elastis atau berespon secara elastis. Jika kondisi ini tercapai maka struktur tersebut disebut ‘shaken down’, dan batas kritis (kondisi yang tepat berada di bawah kondisi shakedown) dinyatakan sebagai ‘batas shakedown (sering juga disebut sebagai shakedown elastis)’; 3) apabila beban yang diberikan lebih besar dari batas shakedown maka struktur akan secara terus menerus menghasilkan regangan plastis untuk berapa kalipun beban siklis dipakai, jika ini terjadi maka struktur pada akhirnya akan mencapai deformasi plastis yang sangat besar. Penggunaan konsep shakedown untuk menyelesaikan masalah pembebanan seismik dengan pendekatan pseudo-statik akan menjadi lebih realistis jika dibandingkan dengan metode pseudo-statik konvensional, dimana beban seismik hanya merupakan beban monoton yang biasanya diambil pada arah tertentu yang dianggap paling berbahaya. Konsep shakedown memungkinkan bebanbeban dibuat tidak beraturan dalam arah dan besaran asal tetap dalam domain tertentu,

424

1.1 Terorema Batas Bawah Teorema batas bawah (lower bound theorem) dalam analisis shakedown, prilaku tanah dimodelkan menjadi elasto-perfectly plastic. Disini, suatu tegangan  merupakan penjumlahan dari tegangan awal o, tegangan elastis e dan tegangan residual r. Tegangan elastis e secara unik ditentukan oleh gaya gaya luar dan tegangan residual r adalah tegangan yang ditimbulkan oleh adanya deformasi plastis. Tegangan residual yang akan dengan sendirinya mengalami kesetimbangan akan tetap ada dalam struktur meskipun gaya-gaya luar sudah tidak bekerja. Teorema batas bawah dalam analisis shakedown menyatakan bahwa prilaku struktur pada akhirnya akan memberi repon elastis (dalam kondisi elastis) melawan gaya-gaya luar yang berupa beban acak yang berulang (repeat of arbitrary) dalam domain beban yang telah ditentukan (jatuh dalam kondisi shakedown) apabila terdapat tegangan residual terdistribusi di setiap tempat yang konstan dalam struktur yang memnuhi fungsi leleh berikut. ………… (1)

dimana menyatakan fungsi leleh tanah. Dalam analisis shakedown, stabilitas suatu struktur dinyatakan dalam melawan domain beban yang telah ditentukan (Koiter, 1960). Dalam analisis shakedown, kriteria keruntuhan (failure criterion) struktur mengacu pada apakah kondisi shakedown dapat tercapai atau tidak. Apabila stabilitas dinyatakan dalam bentuk faktor keselamatan (factor of safety), maka nilainya merujuk pada kondisi shakedown. Jika faktor keselamatan kurang dari satu, maka artinya struktur mengalami kegagalan karena kondisi shakedown tidak tercapai. 1.2 Analisis Stabilitas dengan Pemograman Linier Teorema batas bawah dalam analisis shakedown dapat dijadikan problem maksimisasi (maximization problem) faktor


keselamatan. Maier (1969) menggunakan teknik pemograman linear (linear programming) untuk menyelesaikan problem maksimisasi teorema batas bawah. Dengan mengombinasikan teknik pemograman linier dengan diskritisasi elemen hingga (finite element discretization), maka fungsi leleh dapat dimodel menjadi fungsi piecewise linear berikut,

kuat geser dan menjadi fungsi faktor keselamatan dan cara iterasi untuk memperolehnya merupakan praktek yang sudah umum dalam dalam menentukan faktor keselamatan dalam metode kesetimbangan batas (limit equilibrium methods).

……..……… (2)

dimana adalah rakitan vektor normal ke merupakan arah luar fungsi leleh dan rakitan dari batas leleh vektor normal tadi. Dengan diperolehnya dan di dalam fungsi leleh piecewice linear, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1, maka fungsi leleh dapat ditentukan sekalipun itu non-linear.

Gambar 2 Definisi faktor keselamatan

Untuk memperkirakan faktor keselamatan suatu lereng dalam kondisi tiga dimensi digunakan kriteria Drucker-Prager, sehingga …………... (4)

dimana menyatakan invariant kedua untuk adalah tegangan tegangan deviator dan invariant pertama. Parameter dan dalam kondisi regangan bidang (plane strain) (Chen, 1975) dapat dinyatakan dalam bentuk berikut,

……. (5)

Gambar 1 Fungsi leleh linear piecewise

1.3 Faktor Keselamatan Berdasarkan Metode Reduksi Kuat Geser Dalam analisis stabilitas lereng, kriteria kuat geser Mohr-Coulomb, , dimana dan menyatakan kohesi dan sudut geser tanah, biasanya digunakan sebagai kriteria keruntuhan. Faktor keselamatan untuk lereng biasanya dinyatakan sebagai reduksi tegangan geser dalam bentuk koefisien , seperti diperlihatkan pada Gambar 2, sehingga .. (3)

yang mengendalikan keadaan batas (limit state) sebelum keruntuhan lereng. Parameter

Kriteria leleh Drucker-Prager sebagaimana dinyatakan dalam Pers. (4) merupakan piecewise linier sebagaimana dinyatakan dalam Pers. (2) dalam prosedur analitis dengan pemograman linier. Sesuai dengan definisi faktor keselamatan, dan kemudian didefinisikan dalam dan bentuk koefisien reduksi menjadi Dengan teknik elemen hingga, diskritisasi vektor tegangan , suatu rakitan tegangan dalam bentuk elemen-elemen hingga didefinisikan untuk keseluruhan struktur. Fungsi leleh untuk keseluruhan struktur dinyatakan dalam bentuk vektor tegangan terdiskritisasi sebagai,

425


………..……… (6)

dimana dan adalah matriks rakitan dan . Analisis stabilitas dari kemudian dilakukan dengan menggunakan metode pemograman linier dalam rangka menyelesaikan problem maksimisasi. merupakan subjek Koefisien reduksi maksimisasi. Dalam proses maksimisasi , pertama ditentukan terlebih dahulu nilai awal sebagai secara sembarang. Analisis stabilitas untuk iterasi pertama dapat dinyatakan sebagai berikut,

3. STABILITAS SEISMIK KONVENSIONAL Berdasar pada konsep pseudostatik, gaya inersia digunakan untuk menggantikan beban gempa. Besarnya gaya inersia dinyatakan dalam bentuk koefisien seismik yang merupakan fungsi dari gaya gravitasi. Pengaruh beban gempa dalam analisis stabilitas dilakukan dengan menggantikan vektor tegangan awal , dalam Pers. (7) dan (8) dengan dimana didefinisikan sebagai vektor tegangan diskritisasi melawan gaya inersia. Jika pengaruh beban gempa dapat dinyatakan oleh sebuah vektor gaya ekivalen berkenaan dengan beban F, maka

………(7)

Pada Pers. (7), dan menyatakan vektor tegangan terdiskritisasi awal dan vektor tegangan terdiskritisasi residual yang konstan untuk keseluruhan struktur. Persamaan pertama menyatakan fungsi leleh untuk faktor beban s melawan tegangan awal dari gaya gravitasi dan persamaan yang kedua merupakan vektor tegangan terdiskritisasi residual dalam kondisi seimbang dengan sendirinya (self-equilibrium). Nilai menunjukkan posisi batas sebelum keruntuhan untuk parameter kuat geser dan yang diasumsikan. Iterasi kedua akan terjadi dengan menggantikan dengan pada Pers. (7), dengan cara yang sama iterasi berikutnya dilakukan untuk . Sedemikian hingga untuk iterasi ke-n diperoleh dan analisis stabilitas menjadi dalam bentuk berikut,

(9)

Vektor F menunjukkan gaya inersia yang yang bekerja dihasilkan beban gempa dalam arah sudut , yaitu sudut antara arah beban inersia dan gravitasi sesuai dengan arah putaran jarum jam. Pada prosedur iterasi untuk menentukan faktor keselamatan, Pers.(8) digantikan oleh persamaan berikut,

………(10)

Dalam makalah ini, analisis stabilitas dilakukan terhadap suatu lereng sederhana dengan sudut lereng bervariasi dan parameter tanah yang digunakan adalah sebagaimana diringkaskan dalam Tabel 1. Tabel 1 Parameter tanah

40 (8)

Apabila nilai konvergen menjadi 1.0, maka ini berarti bahwa koefisien reduksi akan berimpit dengan . Dalam kondisi ini struktur mencapai keadaan batas (limit state) untuk parameter kuat geser dan yang digunakan (Simatupang dan Ohtsuka, 2000). Dari definisi stabilitas lereng, faktor keamanan akhirnya dapat diperoleh dari koefisien reduksi sebagai .

426

15.7 0.333 9.8 20 Pada analisis stabilitas seismik dengan metode pseudo-statik konvensional, vektor diperoleh sebagai respon terhadap tegangan gaya inersia yang bekerja satu arah saja.


Pengaruh gaya inersia pada stabilitas lereng dengan asumsi pembebanan gempa secara konvensional ini diperlihatkan pada Gb. 3.

statis lereng yang curam lebih kecil dari pada lereng yang landai, sehingga kelihatan bahwa faktor keselamatan normalisasi untuk lereng cukup makin landai. Juga Gb. 4 menunjukkan kecenderungan yang sama untuk tanah . Kecenderungan seperti ini juga ditunjukkan oleh hasil penelitian Koppula (1984) untuk tanah-tanah kohesif.

Gambar 3 Pengaruh beban gempa horizontal

Disini koefisien seismik, dinyatakan positif untuk yang mengarah ke sebelah permukaan lereng lereng dan negatif untuk sebaliknya. Faktor keselamatan yang ditimbulkan oleh beban seismik, dinormalisasi terhadap pembebanan statik, . Gambar ini menjelaskan bahwa faktor keselamatan berkurang dengan meningkatnya beban gempa untuk arah positif, demikian juga sebaliknya. Hal ini memberi justifikasi bahwa kondisi yang paling berbahaya adalah kondisi pada arah positif. Itulah sebabnya dalam metoda pseudostatik konvensional beban seismik ha-nya mempertimbangan arah positif ini saja, sebagai beban yang paling kritis. Dari Gb. 3 terlihat pengaruh koefisien seismik horizontal (horizontal seismic coefficient) terhadap stabilitas lereng untuk tanah dengan dan . Untuk tertentu pengaruh beban seismik suatu horizontal berkurang dengan meningkatnya , dan demikian juga untuk positif sebaliknya. Pengaruh yang sama ditunjukkan oleh Gb. 4, yang merupakan hasil dari penelitian Leshchinsky dan San (1994). Pengaruh seperti ini juga terlihat dari dua kategori sudut lereng . Lereng yang landai diwakili oleh memberikan faktor keselamatan normalisasi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan yang diberikan oleh lereng yang lebih curam dengan . Hal ini disebabkan oleh karena faktor keselamatan

Gambar 4

Pengaruh beban gempa horizontal oleh Leshchinsky dan San (1994)

4. STABILITAS SEISMIK SHAKEDOWN Stabilitas seismik yang dianalisis dengan metode konvensional semata-mata hanya untuk beban horizontal yang dianggap kritis yaitu ke arah permukaan lereng atau koefisien seismik positif. Namun kenyataanya, beban gempa dapat memiliki arah yang sembarang tidak hanya horizontal. Dengan konsep shakedown, maka domain arah yang bervariasi dapat dianalisis. Dalam makalah ini, pertanyaan yang ingin dijawab adalah, apakah arah-arah yang bervariasi ini memiliki pengaruh yang signifikan atau tidak pada stabilitas lereng. Di samping itu, menjadi penting pula untuk dijawab apakah perulangan terhadap arah arah yang bervariasi ini juga memiliki signifikansi dalam stabilitas lereng. Sebagaimana diketahui bahwa beban gempa memiliki arah yang acak dan terjadi berulangulang dalam periode waktu tertentu. Itulah maksud dari makalah ini, yaitu memperlihatkan kepiawaian konsep shakedown untuk menganalisis pengaruh variasi arah beban dan perulangannya terhadap

427


stabilitas lereng. 1.4 Pengaruh Arah Beban Gempa Pengaruh arah beban gempa dengan variasi dari 0 sampai 360 derajat terhadap normalisasi faktor keselamatan diperlihatkan pada Gb. 5. Pada gambar ini beban gempa yang diberikan adalah dimana . Besarnya normalisasi faktor keamanan dinyatakan dalam bentuk radius lingkaran yang diukur dari titik pusat koordinat. Panjang radius lingkaran adalah besarnya normalisasi faktor keselamatan untuk arah tertentu. Gambar 4 menunjukkan besaran normalisasi faktor keselamatan untuk dan tertentu dengan yang bervariasi daro 0 sampai 360 derajat. Hasil dari empat kasus yang dianalisis menunjukkan bahwa faktor keselamatan terkecil berada dalam rentang . Hal ini berarti bahwa beban seismik horizontal ( yang dalam metode konvensional selalu diambil sebagai ganti beban gempa, tidak selalu akan menjadi arah beban yang paling kritis. Namun dalam banyak kasus beban seismik horizontal akan menjadi arah beban yang paling kritis.

hingga rentang beban seismik dari . Beban seismik akan bolak-balik dalam rentang nilai tersebut. Pengaruh bolak-balik koefisien seismik ini terhadap stabilitas dilakukan dengan mengambil vektor gaya ekivalen dalam Pers. (9) menjadi (Maier, 1969)

………….(11)

Vektor F menunjukkan gaya inersia yang diakibatkan oleh beban gempa dalam domain . Vektor gaya ekivalen diperoleh dengan memaksimumkan setiap komponen untuk variabel yang disumbangkan oleh koefisien seismik dalam domain . Kemudian dengan cara yang sama dengan sebelumnya, faktor keselamatan lereng melawan beban alternating dalam ditentukan mengikuti Pers. (10) dan (11).

Gambar 6 Pengaruh perubahan arah dan beban gempa horizontal untuk tanah pasiran

Gambar 5 Pengaruh arah beban gempa

1.5 Pengaruh Perubahan Arah dan Beban Gempa Pengaruh perubahan arah dan beban (alternating load) terhadap faktor keselamatan dalam konsep shakedown dianalisis dengan menggunakan suatu domain koefisien seismik horizontal tertentu seperti ditunjukkan pada Gb. 6. Domain beban yang ditetapkan terlebih dahulu dinyatakan dengan , yang merupakan

428

Hubungan antara normalisasi faktor keselamatan dan koefisien seismik yang ditunjukkan pada Gb. 6 diperoleh baik dengan menggunakan metode konvensional maupun metode shakedown. Dalam gambar terlihat dengan jelas bagaimana perubahan arah dan beban akselerasi horizontal gempa sangat mempengaruhi stablitas lereng. Terlihat bahwa faktor keselamatan berkurang secara signifikan bila menggunakan analisis shakedown. Mengacu pada Gb. 7 adalah faktor keselamatan yang diperoleh dari analisis shakedown dan faktor keselamatan


yang diperoleh dari analisis pseudo-statik konvensional. Jika nisbah antara dan dinyatakan dengan R, yang menunjukkan pengaruh beban alternating pada stabilitas seismik. Hubungan antara R dengan koefisien seismik ditunjukkan pada Gb. 7 untuk empat kasus dengan sudut lereng yang dan berbeda untuk tanah-tanah dengan . Dalam kasus , R = 1 berarti berimpit dengan , bahwa stabilitas lereng sama sekali tidak dipengaruhi oleh alternating beban seismik. Namun untuk kasus , R berkurang secara signifikan dengan meningkatnya beban seismik, yang berarti bahwa sudut tahanan geser mengendalikan pengaruh alternating beban seismik terhadap stabilitas lereng, disamping tentunya sudut lereng , dimana sudut yang landai memberi R yang lebih kecil dibanding dengan sudut lereng yang curam.

tanah yang memiliki dua sisi permukaan lereng. Sehingga dalam kasus lereng yang dibahas hanya memperbolehkan keruntuhan hanya pada satu sisi saja, sedangkan kasus timbunan memperbolehkan mode keruntuhan untuk kedua sisi. Namun untuk kasus-kasus tanah pasiran, menurunnya stabilitas akibat alternating beban seismik terlihat sangat signifikan. Hal ini dapat dijelaskan bahwa kuat geser tanah pasiran tergantung pada tegangan normal. Alternating beban dapat menyebabkan perubahan tegangan normal, yang pada akhirnya mempengaruhi kuat gesernya. Dan ini sangat berbeda dengan tanah kelempungan dimana kohesi tidak dipengaruhi oleh tegangan normal dari gaya-gaya luar. 1.6 Alternating Akselerasi Gempa dalam Berbagai Arah Gb. 8 memperlihatkan alternating beban gempa dalam berbagai arah pada badan lereng. Domain beban yang ditetapkan, di dalam , Pers. (11) didefinisikan sebagai dimana bervariasi dari 0 hingga 360 derajat. diambil sebesar 0.2. Dalam Beban seismik kasus ini domain beban yang ditetapkan meliputi semua arah dan besar koefisien seismik yang mungkin. Perlu dicatat bahwa beban bukanlah beban monoton tetapi beban alternating yang bekerja dalam berbagai arah secara berulang-ulang, sehingga faktor keselamatan yang diperoleh adalah nilai tunggal.

Gambar 7 Pengaruh alternating akselerasi horizontal untuk tanah kohesif dan tanah friksi

Perubahan arah beban memang menyebabkan menurunnya stabilitas pada struktur. Ohtsuka et al. (1998) telah melaporkan bahwa menurunnya stabilitas seismik pada tanah timbunan (embankment) akibat alternating beban gempa horizontal meskipun untuk tanah yang bersifat kelempungan (clayey soils), hal ini agak menyimpang dengan hasil yang diperoleh dalam studi untuk lereng. Dalam kasus lereng yang dibahas dalam makalah ini, lebih tepatnya untuk lereng alam atau galian dimana hanya sebelah saja yang merupakan permukaan lereng, berbeda dengan timbunan

Gambar 8 Alternating beban gempa dalam berbagai arah

Faktor keselamatan akibat alternating beban gempa dalam berbagai arah yang mungkin ditunjukkan pada Gb. 9 sampai Gb. 12 untuk sejumlah kasus. Besaran faktor keselamatan dinyatakan dalam suatu panjang radius lingkaran. Pada gambar nilai faktor keselamatan baik untuk beban monoton maupun beban alternating kesemua arah diplot secara bersama-sama. Faktor keselamatan untuk beban monoton ditunjukkan oleh sebuah

429


lingkaran luar yang didalamnya terdapat lingkaran dengan radius sebagai besaran faktor keselamatan untuk beban alternating ke segala arah. Faktor keselamatan untuk beban monoton merupakan beban pada sudut tertentu saja. Dari gambar-gambar ini terlihat bahwa pengaruh beban alternating muncul secara signifikan.

kemungkinan arah. Dalam kasus , diperoleh , seperti ditunjukkan pada Gb. 9 yang berarti bahwa efek alternating beban hampir tidak ada. Ini memberi pelajaran bahwa untuk kasus tanah-tanah kohesif penggunaan beban monoton untuk menentukan faktor keselamatan lereng dapat diterima, karena pengaruh alternating beban gempa hampir tidak ada. Namun tidak demikian halnya untuk kasus , seperti ditunjukkan pada Gb. 10, pengaruh alternating beban gempa sangat signifikan dimana nilai .

Gambar 9 Pengaruh beban alternating ke segala arah untuk



Katakanlah merupakan faktor keselamatan minimum yang ditentukan dengan menggunakan beban monoton untuk tertentu, sedangkan adalah faktor keselamatan yang diperoleh dari beban alternating. Nisbah antara kedua jenis faktor keselamatan dinyatakan sebagai , yang mencerminkan pengaruh alternating beban gempa pada sebuah lereng dengan segala

430


Gb. 11 dan 12 menunjukkan kasus untuk sudut lereng dengan nilai dan . Kecenderungan yang sama terlihat seperti untuk kasus sebelumnya, dimana untuk


tanah-tanah kohesif alternating beban gempa hampir tidak berpengaruh sama sekali dan sebaliknya untuk tanah-tanah friksi. Terkait dengan sudut lereng, terlihat bahwa lerenglereng landai lebih rentan terhadap alternating beban gempa dibanding dengan lereng-lereng yang lebih terjal. 5. KESIMPULAN Studi terhadap stabilitas seismik lereng dengan menggunakan teorema shakedown dalam kerangka konsep pseudo-statik memberikan sejumlah pelajaran berkenaan dengan alternating beban gempa, seperti diuraikan berikut: Analisis shakedown cukup bermanfaat untuk digunakan dalam mempelajari pengaruh arah beban gempa pada jenis tanah kohesif dan friksi. Penggunaan metode pseudo-statik konvensional perlu kehati-hatian terutama untuk tanah-tanah friksi. Untuk tanah kohesif studi ini menunjukkan bahwa pengaruh arah beban gempa pada lereng tidak cukup signifikan. DAFTAR PUSTAKA Chen, W.F., (1975) : Limit Analysis and Soil Plasticity, Elsevier, Amsterdam. Koiter, W.T., (1960) : General theorems for elasticplastic solids, Progress in Solid Mechanics, North-Holland Publisher, Amsterdam, Vol.1, pp.165-221.

Koppula, S.D., (1984) : Pseudo-static analysis of clay slopes subjected to earthquakes, Geotechnique, Vol.34, No.1, pp.71-79. Leshchinsky, D. and San, K.C., (1994): Pseudostatic seismic stability of slopes: Design charts, Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.120, No.GT9, pp.1514-1532. Maier, G., (1969) : Shakedown theory in perfect elastoplasticity with associate and non-associate flow laws: A finite elements linear programming app-roach, Meccanica, Vol.4, pp.250-260. Ohtsuka, S., Yamada, E. and Matsuo, M., (1998) : Stability analysis of earth structures resisting earthquake, Soils and Foundations, JGS, Vol.38, No.1, pp.195-205. Prater, E.G., (1979) : Yield acceleration for seismic stability of slopes, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.105, No.GT5, pp.682-687. Sarma, S.K., (1979) : Stability analysis of embankments and slopes, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.105, No.GT12, pp.1511-1524. Simatupang, P.T. and Ohtsuka, S., (2000) : Static and seis-mic slope stability analyses based on strength re-duction method, Journal of Applied Mechanics, JSCE, Vol.3, pp.235-246. Simatupang, P.T. and Ohtsuka, S., (2001) : Investigation on seismic slope stability based on pseudo-static ana-lysis, Journal of the Japan Landslide Society, Vol.38, No.1, pp.53-60. Spencer, E., (1978) : Earth slopes subjected to lateral acce-leration, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.104, No.GT12, pp.1489-1500. Yu, H.S., (2006) : Plasticity and Geotechnics, Springer Science+Business Media, LLC.

431

Proceeding 9 th Indonesian Geotechnical Conference and 15 th Annual Scientific Meeting Jakarta, 7-8 December 2011

Recommend Documents