desain lereng di perusahaan listrik tenaga … · lancar maka desain pondasi pipa harus...
TRANSCRIPT
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah X (ATPW),
Surabaya, 05 Agustus 2017, ISSN 2301-6752
83
DESAIN LERENG DI PERUSAHAAN LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO DI CIANJUR, JAWA BARAT
Agita Putri Fadissa1, Budijanto Widjaja1 1 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan
Email: [email protected]
Abstrak
Lereng merupakan suatu wilayah permukaan bumi yang memiliki kemiringan
tertentu. Lereng yang berada pada kondisi tidak stabil dapat menyebabkan suatu
pergerakan tanah, misal longsoran. Oleh karena itu, analisis kestabilan lereng perlu
dilakukan untuk menghindari dan mengurangi pergerakan tanah yang dapat
menyebabkan bencana alam. Kawasan yang masuk ke dalam lingkup penelitian
adalah PLTM di Cianjur, Jawa Barat.
Salah satu metode yang digunakan dalam analisis kestabilan lereng adalah limit
equilibrium method. Tujuan dari analisis kestabilan lereng menggunakan metode
tersebut adalah untuk mendapatkan besar faktor keamanan suatu lereng
berdasarkan kriteria Mohr-Coulomb. Metode ini menganalisis lereng dengan
membagi bagian lereng yang berpotensi longsor menjadi beberapa irisan. Proses
analisis melalui metode tersebut dibantu oleh penggunaan program Slide.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada lereng yang relatif terjal dilandaikan.
Kondisi tanah di PLTM ini dikategorikan sebagai lempung-lanau pasiran yang
merupakan lapukan dari breksi. Hasil analisis menggunakan program Slide
menunjukkan besar faktor keamanan tidak melebihi kriteria yang telah ditentukan
sehingga kondisi lereng berada dalam kondisi aman.
Kata kunci: Analisis stabilitas lereng, faktor keamanan, limit equilibrium method
1. Pendahuluan
Bencana alam adalah suatu
peristiwa yang dapat terjadi di mana
saja. Salah satunya adalah bencana
tanah longsor yang kerap kali terjadi di
Indonesia. Tanah longsor merupakan
salah satu peristiwa yang dapat
menyebabkan kerugian seperti,
rusaknya fasilitas umum,
melumpuhkan kegiatan perekonomian
setempat, dan menimbulkan korban
jiwa.
Tanah longsor terjadi dikarenakan
adanya pergerakan massa tanah.
Beberapa faktor yang memengaruhi
pergerakan tanah di kawasan longsoran
adalah kondisi topografi lereng,
kondisi tanah dan bebatuan, jenis tata
lahan, dan jumlah curah hujan. Selain
beberapa faktor tersebut aktivitas
manusia seperti penggunaan lahan
yang berlebihan untuk memenuhi
kebutuhan sarana dan prasarana juga
dapat menyebabkan suatu kawasan
rawan terjadi longsoran.
Mengetahui daerah yang rawan
terhadap longsoran adalah hal yang
penting agar dapat melakukan
pencegahan dan meminimalisir
kerugian. Salah satu kawasan yang
rawan terjadi bencana tanah longsor
adalah kawasan Proyek Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTM) di
Cianjur, Jawa Barat. Sistem kerja
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah X (ATPW),
Surabaya, 05 Agustus 2017, ISSN 2301-6752
84
PLTM yang menggunakan tenaga air
sebagai penggeraknya dapat
menyebabkan kawasan tersebut rawan
longsor.
Penelitian ini fokus kepada desain
akhir dari lereng di PLTM di Cianjur,
Jawa Barat sesuai dengan kondisi tanah
setempat dan pembebanan yang ada
pada lereng dengan harapan lereng
akan tetap berada pada kondisi aman
saat berada dalam kondisi jangka
pendek, jangka panjang, maupun saat
terjadi gempa.
Gambar 1 Lokasi PLTM
Cibalapulang
2. Metodologi
Metodologi penelitian yang
digunakan untuk mencapai tujuan
adalah limit equilibrium method..
Limit equilibrium method (LEM)
adalah suatu metode yang
menggunakan prinsip kesetimbangan
gaya. Dalam penggunaannya, metode
ini mengasumsikan bidang longsoran
yang dapat terjadi, adapun dua jenis
bidang kelongsoran yaitu bidang
kelongsoran berbentuk circular dan
bidang kelongsoran berbentuk non-
circular. Proses perhitungan dalam
metode ini adalah membagi bidang
longsoran menjadi beberapa irisan
yang didalamnya terdapat gaya-gaya
dalam seperti momen, gaya normal,
dan gaya geser.
Ada beberapa metode yang dapat
digunakan untuk menyelesaikan
perhitungan yaitu :
a. Metode Fellenius
Metode Fellenius adalah metode yang
digunakan untuk menghitung faktor
keamanan pada lereng dengan
parameter kuat geser yang ada.
Perhitungan dengan metode ini
dilakukan dengan membagi lereng
menjadi beberapa buah segmen. Semua
gaya antar irisan diabaikan dan hanya
memperhitungkan kesetimbangan
momen.
b. Metode Bishop
Metode Bishop bertujuan untuk
menghitung faktor keamanan pada
suatu lereng yang bidang longsornya
diasumsikan berbentuk lingkaran. Pada
metode Bishop, selain
memperhitungkan kesetimbangan
momen, gaya geser yang bekerja pada
setiap irisan juga dimasukkan. Bishop
juga memiliki metode lain yaitu
Simplified Bishop method di mana gaya
geser antar irisan diabaikan tetapi gaya
normal antar irisan diperhitungkan.
c. Metode Janbu
Metode Janbu digunakan untuk
perhitungan stabilitas lereng yang
berbentuk circular dan non-circular.
Dalam metode ini terdapat persamaan
kesetimbangan yang diselesaikan
secara vertikal dan sejajar pada setiap
irisan.
d. Metode Spencer
Metode Spencer mengasumsikan
bahwa terdapat gaya pada sisi antar
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah X (ATPW),
Surabaya, 05 Agustus 2017, ISSN 2301-6752
85
irisan yang menimbulkan adanya sudut
terhadap garis horisontal. Gaya-gaya
yang berada diantara irisan bernilai
sama pada saat berada dalam keadaan
setimbang.
Gambar 2 Contoh irisan pada limit
equilibrium method (Kremen A..
2014)
3. Hasil dan Pembahasan
Untuk mendapatkan hasil desain
yang sesuai dengan kondisi kawasan
PLTM di Cianjur maka perlu diketahui
data lapisan tanah dan parameter tanah
berupa kohesi dan sudut geser dalam.
Berdasarkan hasil uji di lapangan
berupa 9 titik pemboran dan
pengambilan contoh tanah, dapat
diketahui bahwa terdapat empat lapisan
tanah yang berada di kawasan tersebut
yaitu lapisan tanah lempung, lanau,
pasir, dan breksi vulkanik.
Tabel 1 menunjukkan data
parameter tanah yang digunakan pada
area yang diteliti. Tinjauan dilakukan
untuk analisis tegangan total dan
tegangan efektif.
Tabel 1. Parameter Tanah
Jenis
Tanah
(t/m3)
sat
(t/m3)
Kohesi,
cu
(kPa)
’
Lempun
g
17,5 17,5 253.2 0 25
Lanau 17 17 153.23 0 28
Pasir 16 16 - 41 -
Breksi 18 18 - 45 -
Pada kawasan lereng di PLTM ini
terdapat sebuah pipa penstock yang
digunakan untuk mengalirkan air dari
headpond ke powerhouse. Pipa
tersebut memiliki diameter luar sebesar
2,7 m dan panjang sekitar 248,7 m.
Dengan data tersebut maka didapat
besar beban pipa yaitu 2816 ton.
Agar pipa dapat beroperasi dengan
lancar maka desain pondasi pipa harus
menyesuaikan dengan kondisi tanah
dan besar pembebanan pipa itu sendiri.
Untuk mengetahui besar daya dukung
izin tanah (Qallowable) digunakan metode
Terzaghi, Meyerhoff, dan Brinch-
Hansen dibantu dengan program
FTGBC (Coduto, 2004). Untuk
penelitian ini digunakan besar Qallowable
yang didapatkan dari metode Terzaghi.
Hasil dari program tersebut
menunjukkan bahwa besar Qallowable
adalah 1128 kPa dengan desain lebar
pondasi sebesar 2,7 m dan kedalaman
pondasi sebesar 0,6 m.
Selain adanya beban dari pipa
penstock, diperlukan tinjauan khusus
untuk kondisi lereng pada saat terjadi
gempa. PLTM ini berada di Jawa Barat
sehingga berdasarkan Peta Zonasi
Gempa Indonesia masuk kedalam zona
A dan memiliki koefisien gempa
sebesar 0,5 g.
Faktor keamanan merupakan salah
satu cara untuk mengetahui apakah
kondisi lereng berada dalam keadaan
stabil atau tidak. Kriteria faktor
keamanan minimum yang digunakan
dalam desain ditunjukkan pada Tabel
2.
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah X (ATPW),
Surabaya, 05 Agustus 2017, ISSN 2301-6752
86
Tabel 2. Faktor Keamanan
Analisis Faktor
Keamanan
Total Stress Analysis 1,5
Effective Stress Analysis 1,3
Total Stress Analysis +
Gempa
1,0
Berikut adalah gambar potongan
lapisan lereng yang terdiri tanah
lempung, lanau, pasir, dan breksi
vulkanik dengan kondisi kemiringan
lereng sebesar 11°.
Gambar 3 Kondisi Lereng Awal
a. Total Stress Analysis
Total Stress Analysis (TSA)
merupakan tinjauan kondisi jangka
pendek untuk tanah dalam kondisi
undrained. TSA mengabaikan kondisi
muka air tanah. Parameter tanah yang
digunakan adalah kohesi (cu) untuk
tanah kohesif dan sudut geser dalam ()
untuk tanah nonkohesif (Tabel 1).
Adapun hasil pengujian dari
kondisi TSA dengan menggunakan
program Slide ditunjukkan apda Tabel
3.
Tabel 3 Hasil Pengujian Kondisi Total
Stress Analysis
Metode Faktor Keamanan
Fellenius 3,28
Bishop 3,41
Janbu 2,5
Spencer 3,48
Dari hasil pengujian tersebut
dapat dikatakan bahwa dengan desain
yang telah ditentukan sebelumnya,
lereng berada pada kondisi aman
dengan besar faktor keamanan di atas
1,5.
Gambar 4 Total Stress Analysis
dengan Metode Fellenius
b. Effective Stress Analysis
Effective stress analysis (ESA)
adalah tinjauan kondisi jangka panjang
untuk tanah dalam kondisi drained.
ESA tidak mengabaikan kondisi muka
air tanah dan parameter tanah yang
digunakan adalah c’ dan ’.
Hasil dari pengujian untuk kondisi
ESA dengan menggunakan program
Slide ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4 Hasil Pengujian Kondisi Effective
Stress Analysis
Metode Faktor Keamanan
Fellenius 2,01
Bishop 2,72
Janbu 2,09
Spencer 2,71
Dari hasil pengujian tersebut
dapat dikatakan bahwa lereng berada
3.2793.279
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
3.2793.279
Safety Factor
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000+
500
400
300
9.2038e+006 9.2039e+006 9.204e+006 9.2041e+006 9.2042e+006
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah X (ATPW),
Surabaya, 05 Agustus 2017, ISSN 2301-6752
87
pada kondisi aman dengan besar faktor
keamanan lebih tinggi dari 1,3.
Gambar 5 Effective Stress Analysis
dengan Metode Fellenius
c. Total Stress Analysis dan Gempa
Pengujian dalam ini membutuhkan
data berupa parameter tanah berupa
kohesi (cu) dan sudut geser dalam ()
serta besar percepatan gempa (a).
Untuk penelitian digunakan percepatan
gempa sebesar 0,5 g. Adapun hasil
pengujian pada kondisi TSA dengan
beban tambahan berupa gempa adalah
sebagai berikut:
Tabel 5 Hasil Pengujian Kondisi Total
Stress Analysis dan Gempa
Metode Faktor Keamanan
Fellenius 1,52
Bishop 1,71
Janbu 1,37
Spencer 1,67
Dari hasil pengujian tersebut dapat
dikatakan bahwa lereng berada
didalam kondisi aman walaupun
sedang berada dalam kondisi gempa.
Faktor keamanan yang didapatkan
melebihi faktor keamanan minimum
yang telah ditentukan.
Gambar 4 Total Stress Analysis +
Gempa dengan Metode Fellenius
4. Kesimpulan
Dari penelitian ini dapat disimpulkan
bahwa:
• Pada lereng yang relatif terjal,
sering mengalami longsoran
sehingga perlu melandaikan atau
adanya proteksi terhadap
longsoran.
• Pada banyak tempat sering ditemui
bongkah batuan beku yang
merupakan sisa dari pelapukan
batuan gunungapi yang tersebar di
antara massa tanah.
• Berdasarkan hasil dari pengujian
SPT pada pemboran kondisi
geoteknik PLTM cukup stabil dan
memiliki daya dukung tanah yang
baik.
• Hasil analisis kestabilan lereng
menggunakan program Slide
untuk kondisi jangka pendek,
jangka panjang, serta jangka
pendek ditambah kondisi saat
gempa menunjukkan bahwa
kondisi lereng berada dalam
kondisi stabil sesuai dengan desain
2.0152.015
W
W
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2 941.45 kN/m2
941.45 kN/m22.0152.015
Safety Factor
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000+
600
500
400
300
9.2038e+006 9.2039e+006 9.204e+006 9.2041e+006 9.2042e+006
1.5211.521
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
941.45 kN/m2
1.5211.521
0.5
Safety Factor
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000+
700
600
500
400
300
9.2037e+006 9.2038e+006 9.2039e+006 9.204e+006 9.2041e+006 9.2042e+006 9.2043e+006
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah X (ATPW),
Surabaya, 05 Agustus 2017, ISSN 2301-6752
88
dan parameter tanah yang telah
ditentukan.
Daftar Pustaka
1. Abramson, L.W., Boyce, G.M.,
Lee, T.S., dan Sharma S.,1996,
“Slope Stability and Stabilization
Methods”, USA: John Wiley &
Sons, Inc.
2. Herman, D.J.G. dan Liong, G.T.,
2012, “Analisa Kestabilan
Lereng FEM vs LEM”, Online,
(indogeotek.com, diakses 3
Februari 2017).
3. Kremen, A.,2014, “Landfill
Engineering and Design”, Online,
www.cornerstoneeg.com, diakses
27 Mei 2017