ANALISIS KESTABILAN LERENG MENGGUNAKAN METODE

KESETIMBANGAN BATAS DAN METODE ELEMEN HINGGA DI

KECAMATAN WONOLELO SAWANGAN KAB. MAGELANG

JAWATENGAH

ReckyTobing*, Ervina Sari*, Aditya Wibawa*

*) Mahasiswa Teknik Pertambangan

Prodi Teknik Pertambangan FTM – UPN “Veteran” Yogyakarta

Jl. SWK 104 Condongcatur Yogyakarta 55283, Tel. 0274-48984

ABSTRAKStudi ini membahas tentang kestabilan lereng (permukaan tanah

yang membentuk sudut terhadap bidang horizontal) pada dinding jalandi desa Plutungan Kecamatan Wonolelo Sawangan kabupaten Magelang.Jalan yang menghubungkan Kabupaten Magelang-Boyolali ini selaludipadati oleh arus lalu lintas.

Analisis ini menggunakan Methode kesetimbangan batas danmetode elemen hingga. Analisa untuk mengetahui kestabilan lereng iniselanjutnya menggunakan suatu program geoteknik yaitu Slide Vesion.5dan Phase2 Version 7 dari rocscience. Berdasarkan hasil pengamatan dilapangna didapat geometri tinggi lereng 9,60m dan kemiringan 790.

Dari Analisis kestabilan lereng dengan menggunakan softwareslide versi 5.0 dan dengan menggunakan software phase2 versi 7.0menunjukan bahwa dalam keadaan jenuh total untuk lereng aktual nilaifaktor keamanan dibawah 1,3 dengan nilai FK 0,785 dan nilai SRF 0,81.

Tindakan stabilitas yang dapat diterapkan lereng penahan adalahdengan mengubah geometri lereng atau melandaikan lereng dengankemiringan 550 sehinggga didapat nilai FK 1,302 dan SRF 1,324.Kata kunci: (Kestabilan lereng, Kesetimbangan batas, metode elemenhingga)

ABSTRACTThis study discusses the stability of slopes (groundsurface at an

angle to the horizontal plane) in the wall of street in the district PlutunganWonolelo Sawangan Magelang. The road connecting Magelang-Boyolali isalways packed with traffic.

This analisys uses methode limit equilibriun and finite elementmethode. Slope stability analysis to determine further the use of ageotechnical program slide version 5 and phase2 version 7 fromrocscience. Based on the observations obtained result of with hightgeometry 9,60m and slope angle 790.

Stability analysis using sofware slide version 5.0 and phase2

version 7.0 and showed that in a state of total saturated to the actualslopes below1,3 with FK 0,785 and SRF 0,81.

Action that can be applied to slope stability is a barrier tochanging the geometry or sloping the slope with slope angle 550and valueFK 1,302 and SRF 1,324.Keywords: (Slope stability, limit equilibrium methode, finite elementmethode)

PENDAHULUAN

Pada permukaan tanah yang tidak horizontal, komponen gravitasi

cendrung mengerakkan tanah ke bawah. Jika komponen gravitasi

sedemikian besar sehingga perlawanan terhadap geseran yang dapat

dikerahkan oleh tanah pada bidang longsornya terlampaui, maka akan

terjadi kelongsoran lereng. Analisis stabilitas pada permukaan tanah yang

miring ini, disebut analisis stabilitas lereng. Analisis ini sering digunakan

dalam perancangan dan perbaikan bangunan seperti: jalan raya, kereta api,

bandara, bendungan dan lain-lainnya. Pada umumnya analisis stabilitas

dilakukan untuk mengecek keamanan dari lereng alam, lereng galian, dan

lereng timbunan. Dalam analisis stabilitas lereng, bila geometri lereng dan

kondisi tanah sudah diketahui, maka analisis stabilitas lereng dapat

dilakukan dengan program komputer. Perlu adanya informasi tentang

kestabilan lereng untuk mengurangi jatuhnya korban jiwa akibat tanah

longsor.

Dengan latar belakang hal tersebut diatas, maka penelitian tentang

kestabilan lereng menjadi sangat penting untuk memberikan informasi

mengenai daerah atau lokasi yang berpotensi terjadinya pergerakan tanah

dengan kenampakan alam yang ada sehingga kita bisa melakukan berbagai

macam pencegahan sebelum gerakan tanah menjadi bencana yang tidak

kita harapkan.

Daerah penelitian dilakukan pada dinding jalan di desa Plutungan,

Kecamatan Wonolelo Sawangan, Kabupaten Magelang Provinsi Jawa

Tengah KM29 Jalan Raya Boyolali-Mungkid dengan koordinat 7029’48” S

– 110022’49”E lihat Gambar 1 dan Gambar 2.

Gambar 1. Lokasi Kesampaian Daerah Penelitian

Gambar 2. Titik Pengambilan Sampel Material, arah kamera

menghadap timur laut.

TUJUAN

Tujuan yang ingin dicapai adalah untuk

1. Mengetahui sifat fisik maupun mekanik tanah pada daerah

penelitian

2. Mengetahui tingkat kestabilan lereng didaerah penelitian

3. Memberikan rancangan lereng yang aman.

4. Membandingkan hasil perhitungan nilai faktor keamanan dari dua

metode yang berbeda,.yaitu metode kesetimbangan batas dan

metode numerik

METODE DAN TINJAUAN PUSTAKA

Metode Penelitian

Adapun metode penelitian terbagi menjadi dua yaitu : cara penelitian

dan pengolahan data. Kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah

studi literatur, penyelidikan lapangan, pengujian laboratorium, pengolahan

data dari lapangan dan laboratorium, serta analisis kemantapan lereng

dengan menggunakan metode kesetimbangan batas dan numerik.

Dalam melaksanakan penelitian ini data yang berhubungan dengan

analisa didapatkan dengan dua cara, yaitu melakukan studi literatur di

Instansi terkait dan penelitian langsung di lapangan. Berikut merupakan

data yang diperoleh selama melakukan penelitian :

a. Studi Literatur dan Pengumpulan Data Sekunder :

Dari hasil studi literatur dan pengumpulan data sekunder diperoleh

data sebagai berikut :

Peta kesampaian daerah.

Peta Geologi.

b. Penelitian di lapangan :

Penelitian di lapangan ini bertujuan untuk mendapatkan data primer

yaitu geometri lereng, arah kemiringan lereng, struktur geologi (kekar dan

sesar) bila ada. Lokasi penelitian masih dapat dijangkau, sehingga

pengukuran geometri lereng dilakukan berdasarkan kondisi sebenarnya di

lapangan dengan cara mengukur panjang sisi miring pada lereng yang

dibuat dan mendeskripsikan material pada lapisan pembentuk lereng.

Peralatan yang digunakan adalah kompas geologi, meteran 5 m, tali

plastik, clipboard dan form diskripsi tanah. Kondisi material pada lokasi

penelitian berjenis material pasir dan tanah, sehingga sulit menentukan

struktur geologi di lokasi tersebut, sehingga tidak ada pengukuran struktur

geologi. Data yang diperoleh dari studi literatur dan penelitian di lapangan

selanjutnya diolah untuk dapat dipakai dalam melakukan analisa. Analisa

untuk mengetahui kestabilan lereng ini selanjutnya menggunakan suatu

program geoteknik yaitu Slide Vesion.5 dan Phase2 Version 7 dari

rocscience dengan parameter yang telah tersedia.

Tinjauan Pustaka

Analisis geologi teknik

Pengujian yang dilakukan di laboratorium bertujuan untuk

mendapatkan sifat fisik dan sifat mekanik tanah yang diperlukan dalam

penentuan daya dukung tanah dan kestabilan lereng. Pengujian ini

dilakukan pada laboratorium mekanika tanah yang meliputi :

a) Sifat Fisik Tanah

Secara umum tanah terdiri dari tiga bagian, yaitu butiran

tanah yang merupakan bahan utama, air, dan udara. Udara dan air

berada pada ruangan antara butiran-butiran tanah tersebut, ruang antar

butiran tanah disebut dengan pori tanah.

Berat Isi Tanah

Berat isi tanah/unit weight or density (γ) adalah perbandingan

antara berat tanah seluruhnya dengan isi tanah seluruhnya (Wesley)

1977. Berat isi tanah tergantung pada berat masing-masing butiran

tanah yang ada, jumlah total partikel yang ada dan jumlah air yang ada

di dalam rongga. Berat isi tanah bisa dicari dengan menggunakan rumus

berikut :

Wγ = .......................................................... (1)

V

dengan

γ = Berat isi tanah (gr/cm3)

W = Berat tanah basah (gr)

V = Volume wadah (cm3)

b) Sifat Mekanik Tanah

Sudut geser dalam ()

Sudut geser dalam adalah sudut yang dibentuk dari hubungan tegangan

normal dengan tegangan geser dalam material tanah. Sudut geser dalam

juga merupakan sudut rekahan yang dibentuk jika suatu material

dikenakan tegangan yang melebihi tegangan gesernya. Untuk mengetahui

besar sudut geser dalam harus dilakukan uji geser langsung dan uji

triaksial.

Kohesi (c)

Kohesi adalah kuat tarik menarik antara butiran tanah yang dinyatakan

dalam satuan berat persatuan luas. Bila kuat gesernya semakin besar, maka

semakin besar pula harga kohesi dari tanah tersebut. Ini berarti tanah

dengan kohesi yang besar dapat dibuat lereng dengan kemiringan yang

besar untuk nilai keamanan yang sama. Harga kohesi didapat dari analisis

laboratorium, yaitu dengan uji geser langsung dan uji triaksial.

c) Metode Analisis

Analisis stabilitas lereng yang digunakan pada daerah penelitian

menggunakan metode keseimbangan batas (The Limiting Equilibrium

Methods). Metode ini dapat dinyatakan dengan persamaan-persamaan

keseimbangan dari satu atau beberapa blok yang diasumsikan tidak

terderformasi, dan mengurangi gaya-gaya yang tidak diketahui (reaksi

dari bagian stabil massa batuan atau gaya antara blok), khususnya gaya

geser yang bekerja pada permukaan longsor yang dipilih sebelumnya.

Dalam metode ini, lereng dibagi dalam beberapa segmen dengan pusat

gaya di titik tertentu, kemudian menganalisis gaya yang berkerja pada

lereng, saat terjadi longsor dan setiap bagian pada kondisi keseimbangan

statis lihat gambar 3.

Sumber : Rock slope engineering : civil and mining / Duncan C. Wyllie, ChristopherW. Mah—4th ed. (2005)

Gambar 3. Perhitungan Nilai Faktor Keamanan Menggunakan MetodeBishop

Lereng akan runtuh karena kuat geser material pada permukaan

bidang gelincir tidak cukup untuk menahan tegangan geser aktual. Faktor

Keamanan lereng tersebut adalah sebagai berikut :

f

FK

………………………………………………...……...(2)

merupakan kuat geser material yang dihitung berdasarkan kriteria

Mohr - Coulomb, yaitu :

tannc …...……………………………………….……(3)

Dan f adalah tegangan geser pada bidang gelincir. Yang dapat

dihitung sebagai berikut :

fnff c tan …………………………………………….(4)

Dimana parameter kuat geser fc dan f adalah :

SRF

cc f ………………………………………..……….…...(5)

SRFf

tantan 1 ………………..……………….…………..(6)

Keterangan :

fc : kohesi pada saat failure

f : sudut geser dalam saat failure

SRF : Strength Reduction Faktor

SRF atau Strength Reduction Faktor, merupakan besaran di dalam

“shear strength reduction method”, dimana pada metode tersebut

dilakukan pengurangan terhadap parameter kuat geser batuan. Untuk

mendapatkan SRF yang tepat sangat perlu untuk melakukan iterasi sampai

lereng mengalami keruntuhan (iterasi menjadi non konvergen). Saat iterasi

lereng non konvergen terjadi, tidak ada distribusi tegangan yang dapat

dicapai untuk memenuhi kriteria Mohr – Coulomb dan kesetimbangan

batas. Iterasi non konvergen diikuti dengan naiknya perpindahan. Biasanya

nilai perpindahan mengalami lompatan yang besar pada saat lereng runtuh

dibandingkan pada saat lereng belum runtuh.

Aplikasi SRF pada kemantapan lereng akan menunjukkan Faktor

Keamanan lereng, seperti yang terlihat pada persamaan berikut :

SRFSRF

c

cFK

n

n

tan

tantan

tan

1

………………………...(7)

SRF

c

cFK

n

n

tan

tan………………………..…..…………......(8)

1

tan ncFK

tannc

SRFx

………………………..….......(9)

Sehingga,

FK = SRF

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengujian Laboratorium

Berdasarkan data tanah yang didapat dari hasil pengujian di

laboratorium mekanika tanah – UPN “veteran” Yogyakarta di dapatkan

hasil pada tabel 1.

Tabel 1. Data hasil uji laboratorium

No.Sampel

LitologiBobot isi

(φ)Kohesi

(c)

sudutgeserdalam

ModulusYoung

Poisson

KN/m3 KN/m2 (0) (kPa) ratiosampel 1 Tanah 17,93 32,152 28,53 592,9 0,25

Berdasarkan pengukuran secara langsung di lapangan, maka

diperoleh geometri lereng (Gambar 4) adalah :

Jumlah Jenjang : 1 Jenjang

Tinggi Jenjang : 9,6 m

Sudut Kemiringan Lereng : 79°

Gambar 4. Sketsa sayatan lereng pada kondisi aktual di lapangan

Perhitungan Menggunakan Software

Pada tabel 2 akan disajikan mengenai hasil perhitungan nilai faktor

keamanan lereng aktual pada sayatan di daerah penelitian. Nilai FK

dihitung dengan menggunakan dua buah metode yang berbeda. Metode

yang pertama adalah metode kesetimbangan Batas Bishop dengan

menggunakan software slide versi 5.0 dari rocscience sedangkan metode

yang kedua adalah metode metode elemen hingga dengan pendekatan SRF

menggunakan software phase2 versi 7.0 dari rocscience. Contoh output

dari software slide v 5.0 dan software phase2 v 7.0 dapat dilihat pada

gambar 5 dan 6.

Tabel 2. Hasil Perhitungan Faktor Keamanan Lereng Aktual

LERENGTinggiLereng

Slope

FaktorKeamanan

KeteranganSlide Phase2

Jenuh Jenuh

(m) (°) total total

Tanah 9,6 79 0,785 0,81 Tidak Stabil

Gambar 5. Output software slide versi 5.0

Gambar 6. Output software phase2 versi 7.0

Perbaikan geometri lereng pada sayatan dilakukan terhadap

material pada sayatan, diperoleh geometri lereng yang aman sesuai dengan

nilai faktor keamanan yang disyaratkan (FK>1,3). Perbaikan geometri

lereng pada lereng tunggal dengan mengurangi sudut kemiringan awal,

sehingga lebih landai dari pada semula (Lihat gambar 7)

Gambar 7. Perubahan sudut pada Geometri lereng

Hasil perhitungan faktor keamanan menggunakan metode

kesetimbangan batas dan metode elemen hingga dengan mengubah

geometri lereng sehingga lebih landai dari pada lereng aktual dapat dilihat

pada tabel 3.

Tabel 3. Perbandingan Faktor Keamanan antara FK dan SRF

Tinggi(m)

Sudut(0)

faktor keamanan kesalahanrelatif(%)

Slide v. 5.0 Phase2 v. 7.0FK (jenuh) SRF (jenuh)

9,6

79 0,785 0,81 3,1875 0,88 0,923 4,8970 0,991 1,04 4,9465 1,114 1,15 3,2360 1,204 1,243 3,2455 1,302 1,324 1,69

Perbedaan antara faktor keamanan menggunakan software slide versi

5.0 dengan software phase2 versi 7.0 memiliki angka kesalahan relatif

antara 1,69% - 4,94%. Semakin kecil sudut lerangnya semakin besar nilai

faktor keamanannya lihat gambar 7.

Gambar 7. Grafik faktor keamanan lereng terhadap sudut kemiringan

Sudut Awal

Sudut Rekomendasi

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dan hasil analisis yang dilakukan pada dinding

jalan di desa Plutungan Kecamatan Wonolelo Sawangan kabupaten

Magelang. Maka diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Material yang ada di lokasi penelitian dapat termasuk dalam material

yang sangat lunak dengan bobot isi (φ) 17,93 KN/m3 ; kohesi (c)

32,152 KN/m2; sudut geser dalam (0) 28,530 ; Modulus Young (kPa)

592,9 kPa; poison ratio 0,25. Jenis longsoran yang berpotensi terjadi

di didaerah penelitian adalah longsoran busur.

2. Geometri lereng aktual didaerah penelitian jika dianalisis dengan

pendekatan kondisi air jenuh menunjukkan nilai FK dan SRF tidak

stabil. Geometri lereng aktual tinggi 9,60 m; sudut 790, nilai faktor

keamanan lebih rendah dari pada 1,3 dengan nilai FK=0,785 dan

SRF=0,81.

3. Perancangan ulang geometri lereng pada daerah penelitian dapat

meningkatkan nilai Faktor Keamanan. Goemetri lereng rekomendasi

FK>1,3 dengan mengubah lereng menjadi 550.

4. Analisis terhadap lereng dengan keadaan geometri yang komplek dan

keadaan material non homogen menggunakan metode metode elemen

hingga pendekatan SRF memberikan hasil yang tidak jauh berbeda

dengan metode kesetimbangan batas yaitu sebesar.

DAFTAR PUSTAKA

1. Hardiyatmo, Hary C. 2006, Penanganan tanah longsor dan erosi, Gajah

Mada University Press, Yogyakarta.

2. Kliche, Charles. A. 1999, Rock Slope Stability, The Society for Mining,

Metallurgy, London, England

3. Lee W Abramson., Lee T. S., Sharma S., Boyce G. M. 1996, Slope

Stability and Stabilization Methods, John Willey and Sons, inc, New York.

4. Potts, David M. & Zdravkovit, Lidija 1999, Finite Element Analysis in

Geotechnical Engineering Theory, Thomas Telford Ltd, 1 Heron Quary,

London.

5. Wyllie, Ducan C. & Mah, Christopher W. 2004, Rock Slope Engineering

4th Ed. The Institution of Mining and Metallurgy London.