extended abstract ressi dyah adriani 15010071
DESCRIPTION
Tugas AkhirTRANSCRIPT
-
ANALISIS STABILITAS LERENG SUNGAI MULKI, TEMBAGAPURA DENGAN
ALTERNATIF PERKUATAN
Oleh
Ressi Dyah Adriani
NIM : 15010071
(Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil)
ABSTRAK
Tugas akhir ini berisi tentang kelongsoran lereng dan penanggulangannya pada lereng alami
di tepi Sungai Mulki, Tembagapura. Lereng ini merupakan lereng yang terbentuk secara
alami yang mengalami kelongsoran akibat beban kendaraan berat yang melintas di jalan di
atas lereng tersebut.
Tugas akhir ini meliputi back calculation analysis dari parameter kuat geser tanah, analisis
kestabilan lereng asli, analisis kestabilan lereng dengan perkuatan serta pemilihan metode
alternatif perkuatan dengan menggunakan Soil Nailing dan Gabion Reinforced Soil Structure.
PENDAHULUAN
Lereng merupakan sebuah permukaan tanah yang terbuka dan berdiri membentuk sudut
tertentu terhadap sumbu horizontal akibat adanya perbedaan elevasi pada suatu dataran.
Perbedaan elevasi pada permukaan tanah, seperti yang terjadi pada lereng dapat
mengakibatkan pergerakan massa tanah dari bidang dengan elevasi yang tinggi menuju
bidang dengan elevasi yang lebih rendah yang diakibatkan oleh gravitasi yang
mengakibatkan ketidakstabilan pada tanah.
Lereng di tepi Sungai Mulki merupakan lereng alami yang memiliki kemiringan 60 serta
ketinggian 22.75 m. Di atas lereng tersebut berdiri Terminal Tembagapura yang melayani
kendaraan-kendaraan besar serta jalan yang dilalui oleh kendaraan pengangkut bahan
tambang dari perusahaan pertambangan Freeport. Lereng tersebut mengalami kelongsoran,
sehingga akan berbahaya jika dibiarkan begitu saja. Maka dari itu, pada tugas akhir ini akan
ditentukan alternatif desain perbaikan dan atau perkuatan yang sesuai dengan kondisi tanah
asli pada lereng di tepi Sungai Mulki, Tembagapura, menggunakan metode elemen hingga
pada program komputer PLAXIS 2D 8.2.
METODOLOGI
A. PENGUMPULAN DATA
Data topografi lereng Sungai Mulki sebelum dan setelah terjadi longsor.
Foto lapangan
B. ANALISIS DATA DAN PERHITUNGAN
-
Analisa data dan perhitungan dalam tugas akhir ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu :
Back Calculation Analysis
Tahapan-tahapan yang dilakukan untuk back calculation dalam program PLAXIS :
1. Memodelkan geometri serta beban yang diterima oleh lereng dalam program input
PLAXIS.
2. Mendefinisikan material yang digunakan dengan memasukkan parameter tanah
yang akan di trial dari rentang nilai parameter tanah Silty Clay
3. Mendefinisikan kondisi awal yang berupa tegangan air pori (water pressure), pada
kasus ini kondisi muka air tanah ditentukan dalam kondisi rapid drawdown yang
merupakan kondisi ekstrem yang terjadi ketika longsor terjadi serta pembebanan
akibat beban statik kendaraan
4. Melakukan perhitungan pada program calculate. Pada tahap ini perlu
didefinisikan tahapan-tahapan pembebanan yang akan terjadi hingga akhirnya
didapatkan nilai faktor keamanan.
5. Evaluasi hasil dengan membandingkan bidang runtuh hasil keluaran PLAXIS
dengan bidang runtuh setelah longsor, dan memeriksa nilai angka keamanannya
apakah telah mendekati 1 atau bernilai 1. Apabila masih belum sesuai dengan
kriteria tersebut, maka dilakukan trial kembali terhadap parameter kuat geser
tanah ( dan c).
Analisis Stabilitas Lereng Asli
Perhitungan stabilitas lereng asli menggunakan software PLAXIS 2D dengan
memasukkan parameter-parameter tanah yang didapat dari back calculation.
Perencanaan perkuatan lereng longsor dengan alternatif dan langkah perencanaan
sebagai berikut :
Perkuatan dengan Soil Nailing :
Preliminary Design dengan menentukan kebutuhan diameter dan panjang
penanaman
Pemeriksaan terhadap stabilitas global menggunakan software PLAXIS 2D
terhadap beban statik dan seismik dan pemeriksaan terhadap stabilitas internal,
yaitu pullout dan tensile failure terhadap beban statik dan seismik
Perkuatan dengan Gabion Reinforcement Soil Structure :
Menentukan dimensi gabion dan spesifikasi wire mesh
Pemeriksaan terhadap stabilitas global menggunakan software PLAXIS 2D
terhadap beban statik dan seismik dan pemeriksaan terhadap stabilitas internal,
yaitu pullout dan tensile failure terhadap beban statik dan seismik
C. Penentuan dan Pemilihan Perkuatan Lereng
Dari alternatif perkuatan yang telah direncanakan dilakukan pemilihan alternatif yang
tepat dengan pertimbangan sebagai berikut :
Angka Keamanan, FS statik > 1.5 dan FS seismik > 1.1
Kemudahan dalam memperoleh material
Kemudahan dalam pelaksanaan konstruksi.
-
PERENCANAAN DAN ANALISIS STABILITAS PERKUATAN LERENG
Perencanaan Perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure
Preliminary Design
Tebal Dinding T 2 m
Panjang Reinforcement B 0.7 x H 15 m
Backface Slope Angle
30
Backfill Slope Angle
0
Soil Backfil Friction Angle AASHTO (2007) 34
Spesifikasi Gabion
Poisson Ratio 0.3
Modulus Elastisitas E 14x105 kPa
Porosity N 0.3
Spesific Gravity Gs 3
Berat Jenis (1-n)x(Gsxw) 18 kPa
L 15 m
H 1 m
Berikut sketsa dari perkuatan lereng Sungai Mulki :
Analisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure
1. Stabilitas Eksternal
Stabilitas terhadap Overturning pada pembebanan statik
Tekanan tanah aktif :
(
)
Untuk pembebanan seismik, koefisien tekanan lateral menjadi :
Soil Reinforced Gabion infilling
stone
Wireme
sh
19 m
5,5 m
1.9 m
-
( )
[ ( )
( ) ]
Dari rumus di atas, didapatkan nilai Kae sebesar 0.8
Diketahui :
c = 19 kPa
= 32
m = 15 kPa
sat = 15 kPa
w = 10 kPa
Surcharge = 31.2,
Didapatkan tekanan lateral tanah aktif total sebesar 1140.96 kN.
Mencari lokasi titik berat tekanan lateral tanah aktif total (da) :
((
) (
) (
) (
) (
)
)
Untuk seismik :
Didapatkan tekanan lateral tanah aktif total sebesar 1911.82 kN.
(
)
Momen Overturning
Momen Resisting
Momen tahanan yang bekerja pada tanah berasal dari berat gabion juga tanah yang
diberi perkuatan.
Sehingga dapat dihitung momen tahanan :
-
Kestabilan terhadap guling / overturning dapat dihitung sebagai berikut :
> 2
Seismik :
> 1.5
Stabilitas terhadap Sliding/Geser
Dengan
Total gaya vertikal
Sehingga didapatkan nilai angka keamanan sebesar 4 > 1.5, menyatakan bahwa
dinding stabil dari kegagalan geser. Untuk Seismic didapatkan 2.3 > 1,1
Stabilitas terhadap Daya Dukung
Pemeriksaan eksentrisitas :
(
)
Dengan B = 24 m
(
)
(
)
Seismik :
Pemeriksaan eksentrisitas :
(
)
Dengan B = 24 m
-
(
)
(
)
Kapasitas daya dukung tanah dapat dihitung menggunakan persamaan kapasitas daya
dukung ultimate pada kasus pondasi dangkal, yaitu
Sehingga didapat nilai qu sebesar 3665.47 kN/m2 > 256.865 kN/m
2
Untuk Seismik nilai qu sebesar 3665.47 kN/m2 > 275.67 kN/m
2
Stabilitas Global menggunakan PLAXIS 2D 8.2
E wire 200000000 kN/m2
Tensile Strength 80.3 kN/m
Regangan ijin 0.5 %
EA
10220 kN/m
Bidang Keruntuhan saat Beban Statik Bekerja dan Seismik pada Jangka Panjang, SF = 1.92 dan
SF =1.1
2. Stabilitas Internal
Stabilitas terhadap Kegagalan Tarik
Menghitung Kapasitas Tarik (RT)
Tensile Strength = 80.3 kN/m
SF = 1.5
Menghitung Angka Keamanan
-
z T max (Plaxis) RT
m kN kN
1 5.68 53.5 9.4
2 3.22 53.5 16.6
2.5 4.78 53.5 11.2
3 2.91 53.5 18.4
4 3.53 53.5 15.2
5 3.76 53.5 14.2
6 3.34 53.5 16.0
7 3.19 53.5 16.8
8 3.31 53.5 16.2
9 2.43 53.5 22.0
10 1.75 53.5 30.6
10.5 1.54 53.5 34.8
11 0.57 53.5 93.9
11.5 1.84 53.5 29.1
12 0.78 53.5 68.6
13 2.24 53.5 23.9
14 2.05 53.5 26.1
15 1.31 53.5 40.9
16 1.11 53.5 48.2
17 0.86 53.5 62.2
18 1.02 53.5 52.5
19 1.24 53.5 43.2
19.5 1.21 53.5 44.2
20 1.61 53.5 33.3
20.5 1.55 53.5 34.5
21 2.02 53.5 26.5
SF
T max merupakan gaya maksimum yang bekerja pada tiap layer
a. Statik b. Gempa
Dari hasil perhitungan di atas seluruh perkuatan di tiap layer melebihi nilai angka
keamanan minimum, yaitu 1.5 dan 1.35. Sehingga dapat disimpulkan bahwa lereng
dengan perkuatan stabil terhadap kegagalan tarik.
Stabilitas terhadap Kegagalan Cabut (Pullout Failure)
Menghitung panjang penanaman yang melewati bidang runtuh, (Le)
Di atas dinding, jarak X ke bidang runtuh, sebesar 45, dari belakang dinding
adalah :
Dengan
= 45
= 30
H = 21.25 m
Sehingga didapatkan, X = 8.44 m
Pada tiap lapisan (layer), panjang penanaman yang melewati bidang runtuh,
Le
Dengan B = 19 m, dan t = 2 m
Menghitung panjang pananaman minimum, untuk mendapatkan SF = 1.5 pada
tiap lapisan (Lem)
Dengan fv adalah tegangan tanah pada tiap lapisan perkuatan dan adalah
scale correction factor yang diasumsikan sebesar 0.65.Dari perhitungan di atas
z T max (Plaxis) RT
m kN kN
1 19.7 59.4815 3.0
2 30.02 59.4815 2.0
2.5 18.67 59.4815 3.2
3 32.82 59.4815 1.8
4 36.35 59.4815 1.6
5 36.23 59.4815 1.6
6 40.2 59.4815 1.5
7 41.46 59.4815 1.4
8 42.29 59.4815 1.4
9 43.83 59.4815 1.4
10 19.89 59.4815 3.0
10.5 15.39 59.4815 3.9
11 24.6 59.4815 2.4
11.5 21.67 59.4815 2.7
12 36.2 59.4815 1.6
13 44.2 59.4815 1.35
14 39.7 59.4815 1.5
15 31.27 59.4815 1.9
16 22.64 59.4815 2.6
17 18.09 59.4815 3.3
18 19.24 59.4815 3.1
19 19.56 59.4815 3.0
19.5 18.71 59.4815 3.2
20 20.04 59.4815 3.0
20.5 22.95 59.4815 2.6
21 38.93 59.4815 1.5
SF
-
untuk beban statik dan seismik, semua panjang penanaman (Le) melebihi Lem
sehingga dapat dinyatakan aman.
Perencanaan Perkuatan Soil Nailing
Preliminary Design
Tinggi Dinding, H = 21.25 m
Face batter : = 30,
Backslope angle : = 0
Spacing : Sh = 2 m; Sv = 1.25 m
Nail inclination : i = 20
Nail Material : fy = 420 MPa
Surcharge = 31.12 kPa
1. Menentukan gaya aksial yang dibutuhkan :
dengan
= 0.31
Didapatkan
2. Menentukan kebutuhan diameter dan panjang nail tendon
Agar tidak terjadi putus tulangan, maka digunakan FS sebesar 1.8 untuk desain awal,
sehingga
Luas penampang butuh :
Dicoba menggunakan diameter sebesar 43 mm, panjang nail tendon, dicoba sebesar 0.6H,
digunakan 18 m. Berikut sketsa desain perkuatan Soil Nailing dengan panjang nailing 18
m, diameter 43 mm, dan inklinasi 20
Sketsa Perkuatan Soil Nailing Pada Lereng Sungai MulkiAnalisis Stabilitas Lereng dengan Perkuatan
Soil Nailing
1.25 m
-
Analisis StabilitasLereng dengan Perkuatan Soil Nailing
1. Stabilitas Eksternal Beban
Stabilitas Global menggunakan Program Plaxis 2D.8.2
Perkuatan nailing pada program Plaxis dimodelkan menggunakan node to node
anchor dengan koreksi pada parameter kekakuan aksial (EA), yang didapatkan dari
persamaan berikut :
(
) (
) [
] (
)
Dimana
Eg = Modulus elastisitas shotcrete
En = Modulus elastisitas nailing
An = luas penampang soil nailing
A = Luas penampang soil nailing
yang telah tergrouting
Ag = Luas penampang grouting
(Ag = A-An)
Dari rumus di atas, didapatkan nilai EA untuk nailing sebesar 65040.79 kN.
Bidang Runtuh yang Terjadi Saat Pembebanan Statik dan Seismik Jangka Panjang, SF =2
dan SF = 1.1
Dari perhitungan menggunakan Plaxis, didapatkan angka keamanan sebesar 2 > 1.5.
Angka keamanan tersebut menyatakan bahwa perkuatan efektif dalam menstabilkan
lereng.
Stabilitas terhadap Sliding/Geser
Dari rumus di atas didapatkan :
Seismik :
2. Stabilitas Internal
Stabilitas terhadap Kegagalan Tarik
Menghitung Kapasitas Tarik (RT)
Fy = 420 MPa Awire = 660.5 mm2
-
Menghitung Angka Keamanan
T max merupakan gaya maksimum yang bekerja pada tiap layer
a. Statik b. Gempa
Dari hasil perhitungan di atas seluruhnya melebihi nilai angka keamanan
minimum, yaitu 2 dan 1.35. Sehingga dapat disimpulkan bahwa lereng dengan
perkuatan stabil terhadap kegagalan tarik.
Stabilitas terhadap Kegagalan Cabut (Pullout Failure)
( ) ( )
( )
Menghitung panjang penanaman yang melewati bidang runtuh, (Lp)
*
+
L = panjang nail yang
digunakan, 18 m
H = Ketinggian dinding, 21.25
m
z = kedalaman
= sudut keruntuhan lereng,
diasumsikan 45
= sudut kemiringan lereng
I = kemiringan penanaman,
diambil 20
Menghitung kapasitas Pullout (
Depth (z) Rt T max FS
m kN kN Statik
1.25 609.925 2.144 42.3
2.5 609.925 0.976 21.2
3.75 609.925 0.418 14.1
5 609.925 0.322 10.6
6.5 609.925 0.454 8.1
7.75 609.925 2.222 6.8
9 609.925 3.218 5.9
10.25 609.925 4.156 5.1
11.5 609.925 5.15 4.6
12.75 609.925 6.19 4.1
14 609.925 7.678 3.8
15.25 609.925 10.618 3.5
16.5 609.925 11.014 3.2
17.75 609.925 10.594 3.0
19 609.925 9.204 2.8
20.25 609.925 8 2.6
Depth (z) Rt T max SF
m kN kN Gempa
1.25 609.925 18.44 33.0762
2.5 609.925 26.43 23.077
3.75 609.925 33.718 18.089
5 609.925 41.542 14.6821
6.25 609.925 53.504 11.3996
7.5 609.925 61.57 9.9062
8.75 609.925 70.434 8.65952
10 609.925 75.426 8.0864
11.25 609.925 80.586 7.56862
12.5 609.925 88.494 6.89227
13.75 609.925 102.094 5.97415
15 609.925 125.766 4.84968
16.25 609.925 143.85 4.24
17.5 609.925 182.59 3.3404
18.75 609.925 252.384 2.41665
20 609.925 308.05 1.97995
-
a. Statik b. Seismik
Seluruh faktor keamanan memenuhi kriteria minimum faktor keamanan, yaitu 1.8
dan 1.5.
SIMPULAN
1. Desain perkuatan untuk lereng dengan menggunakan Gabion Reinforced Soil
Structure dapat meningkatkan angka keamanan menjadi 1.9. Gabion yang digunakan
adalah tipe 5x8 dengan panjang 200 cm, lebar 100 cm, dan tinggi 100 cm yang dibagi
dalam dua kotak. Wiremesh yang digunakan sebagai reinforcement memiliki kuat
putus sebesar 350 MPa (80.3 kN/m), diameter 2.7 mm, panjang penanaman sebesar
19 m serta spasi vertikal sebesar 1 m.
2. Desain perkuatan untuk lereng dengan menggunakan Soil Nailing meningkatkan
angka keamanan lereng menjadi sebesar 2. Perkuatan menggunakan tulangan baja
dengan kuat leleh 420 Mpa, diameter tulangan 43 mm , panjang tulangan 18 m
dengan sudut inkilinasi 20 serta spasi horizontal dan vertikal sebesar 2 m dan 1,25 m.
3. Alternatif perkuatan yang dipilih adalah perkuatan Gabion Reinforced Soil Structure.
Perkuatan ini dipilih karena dinilai lebih ekonomis dalam pengadaan material dan
konstruksi yang sederhana dan mudah serta efektif meningkatkan kestabilan lereng.
PUSTAKA
Shepherd, C.E. 2004. Modular Gabion Systems : Gabion Walls Design. Houston C.E
Shepherd Company
Byrne, R.J, D. Cotton, J. Potterfield, C. Wolschlag, G. Ueblacker.1998. FHWA-SA-96-069R
Manual for Design & Construction Monitoring of Soil Nail Walls.Virginia
Depth (z) Lp Rp T max SF
m m kN kN Gempa
1.25 2.39588 143.753 18.44 7.8
2.5 3.37114 202.268 26.43 7.7
3.75 4.34639 260.784 33.718 7.7
5 5.32165 319.299 41.542 7.7
6.5 6.49196 389.518 53.504 7.3
7.75 7.46722 448.033 61.57 7.3
9 8.44248 506.549 70.434 7.2
10.25 9.41773 565.064 75.426 7.5
11.5 10.393 623.579 80.586 7.7
12.75 11.3682 682.095 88.494 7.7
14 12.3435 740.61 102.094 7.3
15.25 13.3188 799.126 125.766 6.4
16.5 14.294 857.641 143.85 6.0
17.75 15.2693 916.157 182.59 5.0
19 16.2445 974.672 252.384 3.9
20.25 17.2198 1033.19 308.05 3.4
Depth (z) Lp Rp T max FS
m m kN kN Statik
1.25 2.39588 143.753 2.144 10.0
2.5 3.37114 202.268 0.976 7.0
3.75 4.34639 260.784 0.418 6.0
5 5.32165 319.299 0.322 5.5
6.5 6.49196 389.518 0.454 5.2
7.75 7.46722 448.033 2.222 5.0
9 8.44248 506.549 3.218 4.9
10.25 9.41773 565.064 4.156 4.8
11.5 10.393 623.579 5.15 4.7
12.75 11.3682 682.095 6.19 4.6
14 12.3435 740.61 7.678 4.6
15.25 13.3188 799.126 10.618 4.5
16.5 14.294 857.641 11.014 4.5
17.75 15.2693 916.157 10.594 4.5
19 16.2445 974.672 9.204 4.4
20.25 17.2198 1033.19 8 4.4