38277_13._analisa_stabilitas_bendungan_-_perhitungan_stabilitas_lereng2__bulak_balik__ok.pdf

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

MODUL 13

MODUL ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR

2017 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya validasi dan penyempurnaan Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan Stabilitas

Lereng

sebagai

Materi

Substansi

dalam

Pelatihan

Perencanaan

Bendungan Tingkat Dasar. Modul ini disusun untuk memenuhi kebutuhan kompetensi dasar Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang Sumber Daya Air. Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan Stabilitas Lereng disusun dalam 6 (enam) bab

yang terbagi atas Pendahuluan, Materi Pokok, dan Penutup.

Penyusunan modul yang sistematis diharapkan mampu mempermudah peserta pelatihan dalam memahami perhitungan stabilitas lereng dalam perencanaan bendungan. Penekanan orientasi pembelajaran pada modul ini lebih menekankan pada partisipasi aktif dari para peserta. Akhirnya, ucapan

terima kasih

dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim

Penyusun dan Narasumber Validasi, sehingga modul ini dapat diselesaikan dengan baik. Penyempurnaan maupun perubahan modul di masa mendatang senantiasa terbuka dan dimungkinkan mengingat akan perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan yang terus menerus terjadi. Semoga Modul ini dapat memberikan manfaat bagi peningkatan kompetensi ASN di bidang Sumber Daya Air.

Bandung,

Nopember 2017

Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi

Ir. K. M. Arsyad, M.Sc

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

i

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ..................................................................................................... i DAFTAR ISI .................................................................................................................. ii DAFTAR TABEL .......................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... vi PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ....................................................................... vii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................. 1 1.2 Deskripsi Singkat ............................................................................................. 3 1.3 Tujuan Pembelajaran ....................................................................................... 3 1.3.1 Hasil Belajar .......................................................................................... 3 1.3.2 Indikator Hasil Belajar ........................................................................... 3 1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok ............................................................... 3 BAB II DATA GEOTEKNIK DAN PENENTUAN METODE KUAT GESER ................ 5 2.1 Evaluasi Data Investigasi ................................................................................. 5 2.2 Penentuan Penampang Geoteknik ................................................................. 6 2.3 Penentuan Metode Kekuatan Geser ............................................................... 8 2.3.1 Kondisi Masa Konstruksi ....................................................................... 8 2.3.2 Tekanan Air Pori.................................................................................... 9 2.4 Latihan ........................................................................................................... 11 2.5 Rangkuman .................................................................................................... 11 2.6 Evaluasi .......................................................................................................... 12 BAB III KONDISI PEMBEBANAN DAN KEAMANAN ............................................. 13 3.1 Umum ............................................................................................................. 13 3.2 Pemilihan Kondisi Pembebanan .................................................................... 13 3.2.1 Kondisi Masa Konstruksi ..................................................................... 14 3.2.2 Kondisi Aliran Langgeng ..................................................................... 14 3.2.3 Kondisi Operasional ............................................................................ 14 3.2.4 Kondisi Darurat.................................................................................... 14 3.3 Kondisi Pembebanan ..................................................................................... 15 3.3.1 Kondisi Masa Konstruksi ..................................................................... 15 3.3.2 Kondisi Aliran Langgeng ..................................................................... 15 ii

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

3.3.3 Kondisi Operasional............................................................................. 15 3.3.4 Kondisi Darurat .................................................................................... 16 3.4 Kriteria Faktor Keamanan Minimum ............................................................... 17 3.5 Latihan ............................................................................................................ 20 3.6 Rangkuman .................................................................................................... 20 3.7 Evaluasi .......................................................................................................... 21 BAB IV PARAMETER DESAIN .................................................................................. 23 4.1 Kuat Geser ..................................................................................................... 23 4.1.1 Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb ..................................................... 24 4.1.2 Pemilihan Parameter Kuat Geser ........................................................ 28 4.1.3 Sumber dan Data Kuat Geser ............................................................. 29 4.2 Hubungan Antara Kuat Geser dengan Kondisi Pembebanan ....................... 31 4.2.1 Kuat Geser Pada Kondisi Selesai dan Selama Konstruksi ................. 31 4.2.2 Kuat Geser Pada Kondisi Aliran Langgeng ......................................... 33 4.2.3 Kuat Geser Pada Kondisi Surut Cepat ................................................ 33 4.3 Analisis Tegangan Efektif Versus Analisis Tegangan Total .......................... 34 4.3.1 Tekanan Air Pori .................................................................................. 35 4.4 Latihan ............................................................................................................ 38 4.5 Rangkuman .................................................................................................... 38 4.6 Evaluasi .......................................................................................................... 39 BAB V KONSEP STABILITAS LERENG ................................................................. 41 5.1 Teori Dasar ..................................................................................................... 41 5.2 Analisis Stabilitas Lereng ............................................................................... 42 5.2.1 Analisis Berdasarkan Pengamatan Visual .......................................... 44 5.2.2 Analisis Berdasarkan Komputasi ......................................................... 45 5.2.3 Cara Keseimbangan Batas .................................................................. 54 5.2.4 Pemilihan Bidang Longsor ................................................................... 55 5.2.5 Analisis Keseimbangan Batas ............................................................. 56 5.2.6 Strategi Analisis Stabilitas Lereng ....................................................... 57 5.2.7 Langkah-Langkah Dasar Dalam Analisis Keseimbangan Batas ......... 58 5.2.8 Hasil Analisis ....................................................................................... 58 5.3 Latihan ............................................................................................................ 62 5.4 Rangkuman .................................................................................................... 63 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

iii

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

5.5 Evaluasi .......................................................................................................... 65 BAB VI PENUTUP ...................................................................................................... 67 6.1 Simpulan ........................................................................................................ 67 6.2 Tindak Lanjut.................................................................................................. 71 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 72 GLOSARIUM .............................................................................................................. 74 KUNCI JAWABAN ..................................................................................................... 76

iv

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Persyaratan Faktor Keamanan Minimum Untuk Stabilitas Bendungan Tipe Urugan........................................................................................................19 Tabel 5.1. Cara Analisis Kestabilan Lereng ................................................................43 Tabel 5.2. Analisis Stabilitas Dengan Cara Keseimbangan Batas .............................57 Tabel 5.3. Ikhtisar Pengujian Bahan Urugan Tanah Untuk Penentuan ......................59

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

v

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

DAFTAR GAMBAR Gambar 4.1. Penggambaran Selubung Kuat Geser ................................................. 24 Gambar 4.2. Penggambaran ...................................................................................... 24 Gambar 4.3. Kondisi Tegangan-Tegangan Saat Terjadi Keruntuhan ........................ 26 Gambar 4.4. Alternatif Penggambaran Kondisi Tegangan Saat Terjadi Keruntuhan 27 Gambar 5.1. Kekuatan Geser Tanah dan Batuan ...................................................... 42 Gambar 5.2. Keseimbangan Benda Pada Bidang Miring........................................... 42 Gambar 5.3. Contoh Hubungan Antara Kemiringan, Tinggi dan

Ketidakstabilan

Lereng (Sumber: Duncan, JM. And Buchighani) .................................. 44 Gambar 5.4. Bidang Longsor Kritis yang Terbagi Atas 10 Potongan ........................ 47 Gambar 5.5. Sistem Gaya-Gaya Pada Potongan 6 ................................................... 47 Gambar 5.6. Sistem Gaya Pada Suatu Elemen Menurut Bishop .............................. 49 Gambar 5.7. Nilai m Untuk Persamaan Bishop ........................................................ 49 Gambar 5.8. Sistem Gaya Pada Irisan Dengan Metode Janbu ................................. 51 Gambar 5.9. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Suatu Irisan Bidang Longsor NonSirkular Cara Morgenstern & Price ....................................................... 52 Gambar 5.10. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Suatu Irisan Bidang Longsor Berbentuk Non-Sirkular Menurut Spencer ............................................ 52 Gambar 5.11. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Suatu Irisan Bidang Longsor Berbentuk Baji ....................................................................................... 53 Gambar 5.12. Bidang Keruntuhan

Non-Sirkular Sepanjang Lapisan Lempung

Lunak ..................................................................................................... 53 Gambar 5.13. Bidang Keruntuhan

Non-Sirkular Melalui Sisipan Tipis Pasir

Bertekanan ............................................................................................ 54

vi

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL Deskripsi Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan Stabilitas Lereng terdiri dari empat kegiatan belajar mengajar. Kegiatan belajar pertama membahas tentang data geoteknik dan penentuan metode kuat geser. Kegiatan belajar kedua membahas tentang kondisi pembebanan dan keamanan. Kegiatan belajar ketiga membahas tentang parameter desain. Kegiatan belajar keempat membahas tentang konsep stabilitas lereng. Peserta pelatihan mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara yang berurutan. Pemahaman setiap materi pada modul ini diperlukan untuk memahami perhitungan stabilitas lereng dalam perencanaan bendungan. Setiap kegiatan belajar dilengkapi dengan latihan atau evaluasi yang menjadi alat ukur tingkat penguasaan peserta pelatihan setelah mempelajari materi dalam modul ini. Persyaratan Dalam mempelajari modul pembelajaran ini, peserta pelatihan diharapkan dapat menyimak dengan seksama penjelasan dari pengajar, sehingga dapat memahami dengan baik materi yang merupakan dasar dari Perencanaan Bendungan. Untuk menambah wawasan, peserta diharapkan dapat membaca terlebih dahulu materi sebelumnya terkait bendungan. Metode Dalam pelaksanaan pembelajaran ini, metode yang dipergunakan adalah dengan kegiatan pemaparan yang dilakukan oleh Widyaiswara/ Fasilitator, adanya kesempatan tanya jawab, curah pendapat, bahkan diskusi. Alat Bantu/ Media Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan Alat Bantu/ Media pembelajaran tertentu, yaitu: LCD/ proyektor, Laptop, white board dengan spidol dan penghapusnya, bahan tayang, serta modul dan/ atau bahan ajar.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

vii

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Tujuan Kurikuler Khusus Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini, peserta

diharapkan

mampu

memahami

analisis

stabilitas

lereng

untuk

menunjang perencanaan bendungan.

viii

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

BAB I

PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Di Indonesia, sejak tahun 1900 sampai sekarang telah dibangun lebih dari 150 buah bendungan yang sebagian besar termasuk kelompok bendungan besar; dan lebih dari 90% di antaranya berupa bendungan tipe urugan. Bendungan umumnya berfungsi untuk mengendalikan banjir dan menyediakan suplai air pada jaringan irigasi, air baku sarana pembangkit tenaga, pertanian, perikanan, dan rekreasi. Hal tersebut merupakan bagian yang tak terpisahkan dari bagian infra struktur dengan sosial, ekonomi dan lingkungan. Namun, dalam dekade terakhir kerusakan bendungan cenderung meningkat misalnya bendungan yang telah berumur lebih dari 30 tahun. Keadaan ini terjadi karena adanya perkembangan di bagian hilir dan bertambahnya risiko terhadap proses umur bendungan dan kapasitas pelimpah. Mengingat pentingnya fungsi bendungan, maka harus mempunyai kapasitas volume tampungan air yang besar, dengan mempertimbangkan beberapa hal yang berkaitan dengan faktor keamanan terhadap kestabilan bendungan dan ekonomis, sosialekonomi dan lingkungan. Pertimbangan tersebut meliputi pertimbangan umum dan teknis, serta pemilihan jenis atau tipe bendungan, termasuk data dan informasi yang menunjang tentang kondisi tanah fondasi dan bahan urugan baik jenis, jumlah dan karakteristiknya.

Secara umum yang dimaksud bendungan adalah bangunan berupa urugan tanah, urugan batu termasuk komposit, beton, dan atau pasangan batu yang dibuat untuk menahan air, limbah atau bahan cair lainnya sehingga terbentuk waduk Secara umum yang dimaksud bendungan Volume air yang dapat ditampung dalam kolam waduk bervariasi sesuai dengan kriteria bendungan (Departemen Pekerjaan Umum, 1989 dan 1997, serta Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 37 Tahun 2010 tentang Bendungan). Perencanaan suatu bendungan tipe urugan yang menampung air dalam volume

yang

besar,

wajib

memperhitungkan

faktor-faktor

keamanan,

kestabilan dan kekuatan lereng, rembesan air, daya dukung, penurunan, gempa, hidraulik, sosial ekonomi, dan lingkungan. Dalam pembangunan PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

1

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

bendungan diperlukan beberapa tahapan kegiatan utama, yang harus saling berkaitan dan mendukung desain dan spesifikasi yang ditentukan, agar menghasilkan bangunan yang aman, efektif dan efisien (Departemen Kimpraswil, 2002).

Dalam

merancang

bendungan

besar,

harus

dipertimbangkan

risiko

keruntuhan akibat bencana alam gempa, banjir, dan longsoran. Untuk itu, desainer dan kontraktor yang berpengalaman sesuai dengan bidang keahliannya, perlu dilengkapi pula dengan standar-standar mutu untuk desain, konstruksi,

serta

pemantauan

keamanan

bendungan

sesuai

dengan

spesifikasi desain.

Desain suatu bendungan tipe urugan yang menahan air dalam volume yang besar, harus mempertimbangkan faktor keamanan terhadap pengaruh kestabilan lereng bendungan. Dari pengalaman di Amerika Serikat (USBR) dan di negara-negara lain di dunia kurang lebih 12% dari bendungan tipe urugan yang mengalami keruntuhan disebabkan karena pengaruh kestabilan lereng bendungan. Ketidakstabilan lereng adalah salah satu bentuk masalah stabilitas untuk bendungan urugan. Kondisi lainnya yang membahayakan stabilitas bendungan urugan adalah deformasi berlebihan, tegangan berlebihan, limpasan (overtopping), dan erosi internal. Bentuk-bentuk ketidakstabilan bendungan urugan ini dapat terjadi pada kondisi beban biasa (normal) dan beban luar biasa.

Dengan demikian, modul ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang persiapan analisis untuk desain bendungan tipe urugan yang aman dan ekonomis, bagaimana pengaruh ketidakstabilan statik bendungan urugan, jenis data geologi dan geoteknik setempat, serta data material tubuh dan fondasi bendungan apa saja yang diperlukan, kondisi pembebanan, prosedur analisis dan penentuan parameter material untuk analisis, metode analisis stabilitas, dan kegiatan desain dan analisis stabilitas lereng statik bendungan.

2

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

1.2

Deskripsi Singkat Mata pelatihan ini membekali peserta dengan pengetahuan terkait dengan data geoteknik dan penentuan metode kuat geser; kondisi pembebanan dan keamanan; parameter desain; konsep stabilitas lereng.

1.3

Tujuan Pembelajaran

1.3.1 Hasil Belajar Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini, peserta diharapkan mampu memahami analisis stabilitas lereng untuk menunjang perencanaan bendungan.

1.3.2 Indikator Hasil Belajar Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta pelatihan diharapkan mampu: a) Menjelaskan data geoteknik dan penentuan metode kuat geser b) Menjelaskan kondisi pembebanan dan keamanan c) Menjelaskan parameter desain d) Menjelaskan konsep stabilitas lereng

1.4

Materi Pokok dan Sub Materi Pokok a) Materi Pokok 1: Data Geoteknik dan Penentuan Metode Kuat Geser 1) Evaluasi Data Investigasi 2) Penentuan Penampang Geoteknik 3) Penentuan Metode Kekuatan Geser 4) Latihan 5) Rangkuman 6) Evaluasi

b) Materi Pokok 2: Kondisi Pembebanan dan Keamanan 1) Umum 2) Pemilihan Kondisi Pembebanan 3) Kondisi Pembebanan 4) Kriteria Faktor Keamanan Minimum PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

3

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

5) Latihan 6) Rangkuman 7) Evaluasi c) Materi Pokok 3: Parameter Desain 1) Kuat Geser 2) Hubungan Antar Kuat Geser dengan Kondisi Pembebanan 3) Analisis Tegangan Efektif Versus Analisis Tegangan Total 4) Latihan 5) Rangkuman 6) Evaluasi d) Materi Pokok 4: Konsep Stabilitas Lereng 1) Teori Dasar 2) Analisis Stabilitas Lereng 3) Latihan 4) Rangkuman 5) Evaluasi

4

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

BAB II

DATA GEOTEKNIK DAN PENENTUAN METODE KUAT GESER Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan data geoteknik dan penentuan metode kuat geser.

2.1

Evaluasi Data Investigasi Pengumpulan data dan informasi baik yang sudah tersedia maupun kegiatan survei dan investigasi di daerah calon bendungan, sangat diperlukan untuk perencanaan desain dan pelaksanaan konstruksi suatu bendungan. Pada prinsipnya data terbagi atas dua bagian yaitu: (i) pengumpulan data dasar, dan (ii) pengujian (kalibrasi) data terkumpul. Data dasar biasanya meliputi peta topografi, peta geologi, foto udara, dan lain-lain misalnya peta tata guna lahan,serta kegiatan konstruksi pada masa lalu. Kalibrasi data terkumpul diperlukan untuk membandingkan dan memeriksa kebenaran dan akurasi data dengan kondisi sesungguhnya di Lapangan atau mencari kaitan yang logis dari data terkumpul.

Faktor-faktor yang mempengaruhi desain suatu bendungan yang perlu dipertimbangkan adalah: kondisi daerah bendungan, hidrologi, persyaratan operasional, kondisi pelapukan, konstruksi, ekologi dan lingkungan. Karena itu perlu dilakukan survei dan investigasi agar diperoleh desain calon bendungan yang stabil dan ekonomis. Kegiatan survei dan investigasi yang diperlukan pada daerah calon bendungan umumnya meliputi: a) Pemetaan topografi dan geologi permukaan untuk memperoleh gambaran yang seksama tentang jenis, perkiraan daerah penyebaran, ketebalan, sifat fisik dan teknik tanah serta batuan dari daerah calon Bendungan dan lain-lain. b) Penyelidikan material bahan bangunan untuk memperoleh gambaran jenis tanah, batuan dan sedimen di sekitar daerah calon bendungan dan perkiraan kapasitas atau volume yang dapat diperoleh dari masing-masing jenis bahan tersebut untuk digunakan sebagai material timbunan atau filter. PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

5

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Data dari hasil penyelidikan rinci dan pengujian laboratorium harus dievaluasi untuk menjadi data masukan dalam analisis stabilitas lereng dan desain penanggulangan longsoran serta penentuan tipe longsoran yang tepat. Data tersebut

juga

diperlukan

untuk

membuat

korelasi

antara

hasil-hasil

penyelidikan di lapangan, laboratorium dan penyelidikan pendahuluan. Hasil penyelidikan longsoran kadang-kadang menunjukkan variasi data yang acak, sehingga diperlukan evaluasi yang lebih teliti dan kadang-kadang memerlukan penyelidikan tambahan.

Analisis penanggulangan longsoran yang baik, minimal diperlukan penentuan bidang longsoran,parameter tanah atau batuan yang mengalami kelongsoran dan sekitarnya (bagian yang labil dan yang stabil), kondisi geohidrologi dan penampang geoteknik yang tepat yang benar-benar mewakili kondisi di Lapangan.Oleh karena itu, penentuan kedalaman maksimum bidang longsor mutlak

diperlukan

pengeboran

sebagai

sebagai

petunjuk

masukan

untuk

dalam

menentukan

menentukan

kedalaman

penyebab

dan

penanggulangan Longsoran.

2.2

Penentuan Penampang Geoteknik Penampang Geoteknik yang akan dipilih untuk dianalisa sangat menentukan keberhasilan

dalam

Bendungan

baik

melakukan untuk

Analisa

mengetahui

Stabilitas Faktor

lereng

dari

Keamanan

tubuh

maupun

Penanggulangan Longsoran. Oleh karena itu,dalam menentukan Penampang Geoteknik yang akan dianalisa harus mempertimbangkan beberapa kondisi.

Kondisi topografi dan geologi merupakan faktor penting dalam penentuan Penampang Geoteknik yang dipilih untuk analisa Stabilitas perencanaan desain dan pelaksanaan konstruksi bendungan serta untuk menentukan kondisi fondasi dan bahan material tubuh bendungan. Dalam hal ini lingkup kegiatan meliputi: pemetaan tampak geologi untuk memperoleh penampang geologi, pengeboran inti untuk mengetahui karakteristik material tanah dan batuan di bawah permukaan , terowong uji, parit uji, dan pendugaan lapisan bawah permukaan yang dalam. 6

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Pengujian lapangan antara lain untuk memperoleh data daya dukung tanah, permeabilitas tanah,kompressibilitas tanah, kuat geser tanah, dan sifat teknis lainnya. Selanjutnya hasil pengujian akan menjadi masukan untuk analisis dan perhitungan, seperti stabilitas, penurunan atau deformasi, daya dukung, serta rembesan.

Dalam kegiatan survei untuk desain dan pemilihan material bahan bendungan, perlu mempertimbangkan hal-hal berikut : a) Persyaratan stabilitas, kepadatan dan kuat geser tanah. b) Persyaratan rembesan, gradasi butiran dan permeabilitas tanah. c) Persyaratan penurunan atau deformasi (vertikal dan horizontal) d) Pengujian lapangan dan laboratorium terhadap contoh uji, untuk memperoleh contoh bahan konstruksi, sifat-sifat fisik dan teknis tanah dan batuan serta klasifikasi bahan.

Pada penampang geoteknik diperlihatkan urutan lapisan tanah dan batuan sepanjang penampang yang ditinjau dari muka tanah sampai batas kedalaman penyelidikan berdasarkan jenis, sifat fisik dan teknik lapisan tanah dan batuan. Penampang geoteknik dapat diperoleh dengan cara korelasi lapisan dari beberapa penyelidikan pengeboran mesin atau pengeboran tangan. Gambaran dan bentuk lapisan tanah hasil korelasi dari titik-titik pengeboran, sangat ditentukan oleh kondisi geologi setempat, jarak titik penyelidikan,

metode

penyelidikan,

cara

dan

kecermatan

pelaksana

penyelidikan. Penampang dibuat di sepanjang as bendungan dan as bangunan pelengkap lainya dengan menggunakan peta geoteknik, peta topografi dan profil bor.

Pembuatan penampang geoteknik dilakukan sebagai berikut : a) Menarik garis penampang pada peta geoteknik atau peta situasi daerah rencana bendungan, terutama garis penampang sepanjang as bendungan dan bangunan pelengkapnya

yang memotong titik-titik penyelidikan

maupun pengamatan. b) Mencantumkan profil bor yang telah dikoreksi dengan hasil uji laboratorium pada titik penyelidikan lapangan. PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

7

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

c) Dari ke tiga korelasi profil bor akan diperoleh penampang geoteknik daerah lokasi bendungan berdasarkan jenis dan sifat fisik tanah. d) Menggambarkan kedalaman muka air tanah (muka air tanah bebas dan muka air tanah artesis) pada penampang geoteknik tersebut. e) Menggambarkan

struktur

batuan

(misal

kekar

atau

serar)

pada

penampang geoteknik tersebut. 2.3

Penentuan Metode Kekuatan Geser Petunjuk umum penentuan elevasi muka air waduk, sifat teknis material tanah, dan parameter tekanan air pori untuk analisis stabilitas pada berbagai kondisi pembebanan guna penentuan metode Kekuatan Geser yang harus digunakan adalah sebagai berikut:

2.3.1 Kondisi Masa Konstruksi Pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung, analisis dapat dilakukan, baik menggunakan Metode Kekuatan Geser berdasarkan Konsep Tegangan Efektif maupun Konsep Tegangan Total. a) Metode kekuatan geser total Analisis dengan metode kuat geser total tidak menperhitungkan tekanan air pori dalam uji laboratorium yang mendekati kondisi di lapangan, dan dinyatakan sebagai kuat geser material. Uji kuat geser sebaiknya dilakukan pada contoh uji yang dikompaksi untuk mengantisipasi kadar air dan kepadatan yang sesuai dengan di lapangan. Kuat geser total yang digunakan dalam analisis harus berada dalam rentang tegangan normal yang sesuai dengan di lapangan.

b) Metode kekuatan geser efektif Metode tegangan efektif membutuhkan perhitungan perubahan tekanan air pori selama konstruksi yang merupakan fungsi dari waktu. Karena itu, tekanan air pori harus diamati selama konstruksi agar dapat diketahui apakah tidak melebihi batas yang telah ditentukan.

Material tubuh bendungan atau fondasi dapat menimbulkan peningkatan tekanan air pori berlebih pada waktu pembebanan (pengurugan) selama 8

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

konstruksi pelaksanaan berlangsung.Metode perhitungan tekanan air pori pada kondisi pembebanan selama konstruksi berlangsung dan selesai konstruksi adalah seperti berikut ini: 1) Mengadakan uji laboratorium pada contoh uji yang mewakili material tubuh bendungan dan fondasi untuk mengetahui tekanan udara pori dan tekanan air pori. 2) Mengadakan uji laboratorium pada setiap contoh uji material untuk memperkirakan perilaku tekanan air pori terhadap waktu dan pembebanan. 3) Menyusun jadwal konstruksi, menghitung tekanan air pori material sebagai fungsi waktu untuk memeriksa stabilitas lereng hulu dan hilir. 4) Jika diperlukan, melakukan penyusunan ulang jadwal berdasarkan pelaksanaan konstruksi yang aktual dan memeriksa ulang stabilitas tubuh bendungan.

2.3.2 Tekanan Air Pori a) Kondisi aliran langgeng Rencana operasi waduk tahunan harus dievaluasi, untuk memperkirakan tekanan air pori berdasarkan elevasi muka air waduk yang digunakan dalam menentukan garis freatik pada kondisi aliran langgeng.

Elevasi muka air yang digunakan biasanya elevasi muka air normal, tetapi ada kemungkinan tercapai dalam tenggang waktu yang singkat. b) Kondisi operasional 1) Elevasi muka air waduk maksimum Garis freatik diperkirakan berada pada elevasi muka air waduk maksimum. Elevasi muka air waduk maksimum dapat juga terjadi pada kolam tambahan yang mengalir relatif cepat atau pada kolam pengendali banjir yang airnya tidak dikeluarkan untuk beberapa bulan. Sifat fisik material pada bagian atas bendungan dan bagian yang mengalami fluktuasi air waduk, harus dievaluasi. Tujuannya untuk memperkirakan apakah terjadi aliran langgeng atau aliran transien, agar perhitungan garis freatiknya dapat disesuaikan.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

9

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

2) Kondisi surut cepat Selama waduk terisi air pada elevasi muka air normal atau maksimum, maka bendungan berada dalam kondisi jenuh karena pengaruh rembesan air. Jika terjadi surut cepat, di mana muka air waduk turun lebih cepat daripada aliran air pori dari rongga-rongga butiran tanah, maka akan terjadi ketidak-seimbangan tekanan air pori. Pada umumnya, analisis pada kondisi surut cepat (rapid drawdown) didasarkan pada asumsi konservatif seperti berikut ini: 

Disipasi tekanan air pori pada material kedap air tidak terjadi selama surut cepat;



Garis freatik dianggap identik dengan garis freatik pada kondisi aliran langgeng.

Untuk analisis stabilitas lereng bendungan, elevasi muka air waduk kritis pada waktu surut cepat tidak akan sama dengan elevasi muka air waduk minimum. Oleh karena itu, harus diperhitungkan elevasi muka air waduk antara muka air waduk normal sampai muka air waduk minimum.

c) Kondisi darurat 1) Pembuntuan pada sistem drainase internal Jika desain sistem drainase internal diragukan dalam mengatur garis freatik pada bendungan, maka harus dilakukan pemeriksaan dengan menggunakan garis freatik yang diperoleh berdasarkan asumsi bahwa sistem drainase internal ini tidak seluruhnya berfungsi. 2) Surut cepat pada kondisi darurat Rencana

surut

cepat

pada

muka

air

waduk

dalam

upaya

pemeliharaan atau kondisi darurat harus ditinjau ulang. Tujuannya untuk menentukan parameter material yang tepat bagi analisis stabilitas, dan untuk memodifikasi asumsi garis freatik pada permukaan lereng udik. Surut cepat pada elevasi antara muka air waduk normal dan muka air waduk minimum biasanya tidak perlu diperhitungkan. 10

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

2.4

Latihan 1. Apakah kegunaan dari dilakukannya Kaliberasi data terkumpul? 2. Sebutkan apa yang dimaksud dengan Konsep Tegangan Total! 3. Sebutkan asumsi konservatif pada analisis Stabilitas lereng Tubuh Bendungan saat kondisi surut cepat (rapid drawdown)!

2.5

Rangkuman Pada prinsipnya data terbagi atas dua bagian yaitu: a. Pengumpulan data dasar, meliputi peta topografi, peta geologi, foto udara, dan lain-lain misalnya peta tata guna lahan, serta kegiatan konstruksi pada masa lalu. b. Pengujian

(kalibrasi)

data

terkumpul,

yang

diperlukan

untuk

membandingkan dan memeriksa kebenaran dan akurasi data dengan kondisi sesungguhnya di Lapangan atau mencari kaitan yang logis dengan data terkumpul.

Penampang Geoteknik yang akan dipilih untuk dianalisa sangat menentukan keberhasilan

dalam

melakukan

Analisa

Stabilitas

lereng

dari

tubuh

Bendungan. Penampang dibuat di sepanjang as Bendungandan as bangunan pelengkap lainya dengan menggunakan peta geoteknik, peta topografi dan profil bor.

Metode Kekuatan Geser yang digunakan dalam analisa Stabilitas lereng tubuh Bendungan dapat menggunakan konsep Kekuatan Geser Total atau Kekuatan Geser Efektif, bergantung pada kondisi yang akan dievaluasi sesuai dengan kebutuhan dan dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Pengaruh besarnya Tekanan Air Pori harus ditinjau sesuai dengan kondisi yang diperlukan, apakah dalam kondisi aliran air langgeng, kondisi operasional ataukah pada kondisi darurat.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

11

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

2.6

Evaluasi 1. Pada prinsipnya, evaluasi data investigasi terdiri atas….. a. Pengumpulan data dasar dan pengujian atau kaliberasi data terkumpul b. Data dari hasil penyelidikan rinci dan pengujian laboratorium c. Data besarnya tekanan air pori d. Tidak ada jawaban yang benar

2. Penampang Geoteknik dibuat di sepanjang as bendungan dan as bangunan pelengkap lainya dengan menggunakan….. a. Peta gempa dan banjir b. Peta geoteknik, peta topografi dan profil bor. c. Peta geoteknik dan peta profil bor d. Peta topografi dan peta gempa

3.

Metode Kekuatan Geser yang digunakan dalam analisa Stabilitas Lereng dapat menggunakan….. a. Konsep Tegangan Total b. Konsep Tegangan Efektif c. Konsep Tegangan Air Pori d. Jawaban a) dan b) benar

12

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

BAB III

KONDISI PEMBEBANAN DAN KEAMANAN Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta mampu menjelaskan kondisi pembebanan dan keamanan.

3.1

Umum Faktor-faktor yang harus diperhitungkan dalam desain bendungan meliputi: topografi, bahan konstruksi, fondasi, bangunan pelengkap, luas dan volume tampungan waduk, dan gejala lain yang dapat menimbulkan masalah. Di samping itu, untuk desain bendungan tipe urugan harus mempertimbangkan persyaratan keamanan terhadap hal-hal berikut ini : a) Bahaya erosi permukaan pada waktu terjadi banjir, akibat pelimpahan, air hujan atau gelombang air waduk, dan muka air maksimum. b) Tekanan

air

tanpa

menimbulkan

rembesan

yang

mengakibatkan

kerusakan akibat gaya perembesan air. c) Keruntuhan struktural. d) Bangunan dan lingkungan di sekitarnya, serta dapat menjaga ekologi dan lingkungan.

Kondisi

pembebanan

yang

diperhitungkan

harus

berdasarkan

pada

pengetahuan tentang program pembangunan, program operasi waduk, program pemeliharaan dan gawat darurat, serta perilaku material tubuh bendungan dan fondasi yang berhubungan dengan peningkatan tekanan air pori. Selain itu, juga disyaratkan faktor keamanan minimum untuk setiap kondisi pembebanan yang ditinjau.

3.2

Pemilihan Kondisi Pembebanan Petunjuk umum pemilihan kondisi pembebanan berhubungan dengan penentuan elevasi muka air waduk untuk analisis stabilitas, yaitu kondisi masa konstruksi, kondisi aliran langgeng, kondisi operasional, dan kondisi darurat, sebagai berikut.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

13

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

3.2.1 Kondisi Masa Konstruksi Stabilitas lereng statik bendungan harus dianalisis pada kondisi selesai konstruksi, atau bila diperlukan pada kondisi selesai sebagian pengurugan, yang tergantung pada jadwal konstruksi dan hubungan antara tekanan air pori dengan waktu.

3.2.2 Kondisi Aliran Langgeng Rencana operasi waduk tahunan harus dievaluasi, untuk memperkirakan elevasi muka air waduk yang digunakan dalam menentukan garis freatik pada kondisi aliran langgeng. Elevasi muka air yang digunakan biasanya elevasi muka air normal, tetapi ada kemungkinan tercapai dalam tenggang waktu yang singkat.

3.2.3 Kondisi Operasional Elevasi muka air waduk maksimum pada dasarnya lebih tinggi dari puncak muka air pada kapasitas konservasi aktif. Oleh karena itu, stabilitas lereng hilir bendungan dianalisis pada kondisi muka air waduk maksimum. Lereng udik dianalisis pada kondisi penurunan muka air waduk secara cepat dari puncak muka air pada kapasitas konservasi aktif (M.A. Normal) ke puncak muka air pada kapasitas inaktif (M.A. Minimum), dan dari muka air maksimum ke puncak muka air pada kapasitas konservasi non aktif. Kondisi-kondisi saat operasi waduk yang perlu diperhitungkan untuk analisis stabilitas statik bendungan urugan adalah : a) Elevasi air waduk maksimum b) Kondisi surut cepat (rapid drawdown)

3.2.4 Kondisi Darurat Kondisi pembebanan lain juga harus diperhitungkan, jika terjadi hal-hal sebagai berikut : a) Pembuntuan pada sistem drainase internal atau pembuntuan sebagian. b) Penurunan muka air pada kondisi penggunaan air yang berlebihan. c) Penurunan muka air untuk pelepasan air darurat dari waduk (emergency release). 14

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

3.3

Kondisi Pembebanan

3.3.1 Kondisi Masa Konstruksi Stabilitas lereng statik bendungan harus dianalisis pada kondisi selesai konstruksi, atau bila diperlukan pada kondisi selesai sebagian pengurugan, yang tergantung pada jadwal konstruksi dan hubungan antara tekanan air pori dengan waktu. 3.3.2 Kondisi Aliran Langgeng Stabilitas lereng udik dan hilir bendungan harus dianalisis pada elevasi muka air waduk normal di udik dan muka air minimum di hilir yang mengatur garis freatik dalam tubuh bendungan.

Rencana operasi waduk tahunan harus dibuat untuk menentukan elevasi muka air waduk yang sesuai untuk digunakan dalam estimasi lokasi muka air freatik aliran langgeng (steady-state phreatic surface). Pada umumnya, elevasi yang sesuai dapat mewakili elevasi muka air yang berlaku pada setiap waktu yang diperlukan. Akan tetapi, dalam kondisi pengoperasian waduk tertentu, elevasi rata-rata hanya dicapai untuk perbedaan waktu yang kecil setiap tahunnya atau dicapai dalam siklus perubahan elevasi waduk efektif sekitar pertengahan siklus. Kondisi aliran langgeng dalam bendungan urugan kemungkinan dapat menjadi kritis untuk stabilitas lereng hilir.

3.3.3 Kondisi Operasional Jika digunakan berm udik (upstream berms), maka lereng udik juga dianjurkan dianalisis pada kondisi penurunan muka air secara cepat dari puncak permukaan

air

pada

kapasitas

konservasi

aktif

ke

elevasi

antara

(intermediate).

Kondisi-kondisi saat operasi waduk berikut ini, perlu diperhitungkan untuk analisis stabilitas statik bendungan urugan.

a) Elevasi air waduk maksimum

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

15

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Muka air freatik harus diestimasi untuk elevasi air waduk maksimum yang mungkin terjadi dalam kolam tampungan yang dapat mengalir relatif cepat atau dalam kolam pengendali banjir yang tidak dapat dialirkan untuk beberapa bulan. Jika muka air freatik sangat berbeda dari yang diperoleh pada kondisi aliran langgeng, maka stabilitas lereng hilir pengaruh kondisi ini harus dianalisis. b) Kondisi surut cepat Selama kondisi aliran langgeng, tanah timbunan menjadi jenuh karena rembesan. Secara berurutan, bila waduk mengalami surut lebih cepat daripada aliran air pori dari pori-pori tanah, maka akan dihasilkan tekanan air pori ekses dan gaya-gaya rembesan yang tidak seimbang. Pada umumnya, analisis surut cepat didasarkan atas asumsi konservatif bahwa : 1) Disipasi tekanan air pori tidak terjadi dalam material kedap air selama kondisi surut; dan 2) Muka air freatik pada lereng udik berimpit dengan (coincides with) lereng udik dari zona kedap air dan berawal dari puncak elevasi muka air surut yang terendah. Akan tetapi, elevasi surut kritis berkaitan dengan stabilitas lereng udik bendungan urugan tidak boleh berhimpitan dengan elevasi waduk minimum, sehingga harus diperhitungkan elevasi surut antara (intermediate). 3.3.4 Kondisi Darurat Kondisi pembebanan lain juga harus diperhitungkan, jika terjadi hal-hal sebagai berikut : a) Pembuntuan pada sistem drainase internal atau pembuntuan sebagian. b) Penurunan muka air pada kondisi penggunaan air yang berlebihan. c) Penurunan muka air saat pelepasan air darurat dari waduk (emergency release). Estimasi yang sesuai dengan tekanan air pori internal dari material dalam tubuh bendungan dan fondasi harus dievaluasi untuk menggambarkan besarnya kondisi luar biasa dan stabilitas bendungan. Jika muncul pertanyaan apakah drainase internal berfungsi dengan semestinya, maka

16

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

diperlukan asumsi baik atau tidaknya drainase beroperasi untuk menentukan analisis. 3.4

Kriteria Faktor Keamanan Minimum Besarnya nilai faktor keamanan minimum untuk setiap kondisi pembebanan menunjukkan angkat keamanan stabilitas lereng. Jika ditunjang oleh alasanalasan yang dapat dipertanggung jawabkan, deviasi untuk kriteria umum dapat diperkenankan.

Nilai faktor keamanan ini harus diperhitungkan terhadap faktor-faktor : a) Kondisi desain selama analisis dan risiko keruntuhan; b) Tingkat ketelitian parameter kuat geser (shear strength) dan prediksi tekanan air pori; c) Struktur tubuh bendungan; d) Investigasi di lapangan; e) Kompatibilitas tegangan-regangan dari material fondasi dan tubuh bendungan; f)

Kualitas pengawasan konstruksi;

g) Tinggi bendungan; h) Penilaian berdasarkan pengalaman di masa lalu terhadap bendungan tipe urugan.

Faktor keamanan untuk analisis stabilitas lereng, didefinisikan sebagai rasio dari total tahanan geser tanah yang diperkenankan terhadap tegangan geser tanah yang bekerja. Dalam hal ini, keamanan bendungan diperlukan untuk mempertahankan

keseimbangan

sepanjang

permukaan

bidang

yang

berpotensi untuk longsor atau tergelincir. Faktor keamanan minimum untuk desain stabilitas lereng terutama ditentukan berdasarkan pertimbangan faktorfaktor pengawasan terhadap tekanan air pori dan asumsi besarnya kuat geser material.

Kriteria faktor keamanan dipertimbangkan terhadap hal-hal seperti berikut ini. a) Berdasarkan

analisis

dari

USBR

dengan

menggunakan

cara

keseimbangan batas. Bila cara analisis berbeda maka faktor keamanan PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

17

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

berbeda, sekalipun untuk bendungan yang sama dengan sifat fisik material dan kondisi pembebanan yang sama. b) Untuk kondisi pembebanan pada waktu selesai konstruksi, tekanan air pori berlebih akan meningkat di dalam zona kedap air dari bendungan atau fondasi. Hal ini disebabkan karena tanah tidak dapat terkonsolidasi sepenuhnya selama masa konstruksi berlangsung. Oleh karena itu, penggunaan parameter kuat geser efektif sangat berpengaruh terhadap faktor keamanan. 1) Faktor keamanan minimum sebesar 1,3 cukup memadai, jika tekanan air pori diawasi selama konstruksi berlangsung atau untuk analisis pada kondisi kuat geser total. 2) Jika digunakan kuat geser efektif tanpa pengawasan tekanan air pori di lapangan, maka faktor keamanan minimum diambil 1,4 untuk mengurangi pengaruh tekanan air pori berlebih. c) Untuk kondisi aliran langgeng pada elevasi muka air waduk normal, harus diperhitungkan faktor keamanan minimum sebesar 1,5. Hal ini untuk mengantisipasi pengaruh ketidakpastian kuat geser material, tekanan air pori di dalam material kedap air, dan pembebanan jangka panjang, serta keruntuhan lereng hilir dan pelepasan air darurat; d) Untuk kondisi surut cepat, pembebanan mengalami ketidakseimbangan, sehingga lereng udik tidak stabil walaupun pembebanan ini berlangsung singkat. Namun, keruntuhan pada lereng udik tidak menimbulkan pelepasan air waduk. Karena itu, faktor keamanan minimum dapat diambil sebesar 1,3 atau lebih rendah sesuai dengan kondisi pembebanan.

Ikhtisar faktor keamanan minimum yang disyaratkan untuk analisis stabilitas lereng bendungan tipe urugan, ditunjukkan dalam Tabel 3.1.

18

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Tabel 1.1. Persyaratan Faktor Keamanan Minimum Untuk Stabilitas Bendungan Tipe Urugan No

Kondisi

1.

Selesai konstruksi tergantung : 1. Jadwal konstruksi. 2. Hubungan antara tekanan air pori dan waktu.

Kuat Geser 1. Efektif

Lereng U/S dan D/S.

Dengan gempa tanpa kerusakan digunakan 50% koefisien gempa desain.

2. Total 2.

3.

4.

Tekanan Air Pori Peningkatan tekanan air pori pada urugan dan fondasi dihitung menggunakan data lab. dan pengawasan instrumen. Idem hanya tanpa pengawasan instrumen.

FK Tanpa Gempa 1,30

FK dg Gempa* 1,20

1,40

1,20

Hanya pada urugan tanpa data lab. dan dengan/ tanpa pengawasan instrumen (taksiran konservatif) Tanpa pengawasan instrumen.

1,30

1,20

1,30

1,20

Aliran langgeng tergantung: 1. Elevasi muka air normal sebelah udik. 2. Elev. muka air sebelah hilir. Lereng U/S dan D/S. Dg gem-pa tanpa kerusakan digunakan 100% koef.gempa desain. Pengoperasian waduk tergantung : 1. Elev.m.a. maksimum di udik 2. Elev.m.a. minimum di udik (dead storage). Lereng U/S harus dianalisis untuk kondisi surut cepat.

1. Efektif

Dari analisis rembesan

1,50

1,20

1. Efektif

Surut cepat dari el. muka air normal sampai elev. muka air minimum. Lereng U/S dan D/S.

1,30

1,10

Surut cepat dari elev.ma. maks. sampai el.m.a. min. Pengaruh gempa diambil 0% dari kf. gempa desain.

1,30

-

Kondisi darurat tergantung : 1. Pembuntuan pada sistem drainase 2. Surut cepat krn penggunaan air melebihi kebutuhan 3. Surut cepat keperluan

1. Efektif

Surut cepat dari elevasi muka air maksimum hingga elevasi terendah bangunan pengeluaran. Pengaruh gempa diabaikan.

1,20

-

darurat. * Catatan: periksa standar tentang Pedoman Analisis Stabilitas Bendungan Tipe Urugan akibat Beban Gempa, Pd T-14-2004-A,

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

19

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

3.5

Latihan 1. Jelaskan faktor – faktor yang harus diperhitungkan dalam desain Bendungan! 2. Sebutkan kondisi pembebanan yang harus ditinjau pada saat melakukan analisa Stabilitas Lereng Tubuh Bendungan! 3. Untuk kondisi aliran langgeng pada elevasi muka air waduk normal, harus diperhitungkan

faktor

keamanan

minimum

sebesar

1,5.

Berikan

alasannya!

3.6

Rangkuman Pemilihan kondisi pembebanan berhubungan dengan penentuan elevasi muka air waduk untuk analisis stabilitas, yaitu a) kondisi masa konstruksi b) kondisi aliran langgeng c) kondisi operasional d) kondisi darurat. Faktor keamanan untuk analisis stabilitas lereng, didefinisikan sebagai

rasio

dari total tahanan geser tanah yang diperkenankan terhadap tegangan geser tanah yang bekerja.

Faktor keamanan minimum untuk desain stabilitas lereng terutama ditentukan berdasarkan pertimbangan faktor-faktor pengawasan terhadap tekanan air pori dan asumsi besarnya kuat geser material.

Untuk analisa stabilitas lereng tubuh Bendungan pada kondisi setelah selesai pembangunan dapat dilakukan berdasarkan Konsep Tegangan Total atau pun Konsep Tegangan Efektif,sedangkan pada kondisi lainnya, analisa yang dilakukan harus berdasarkan Konsep Tegangan Efektif.

Besarnya Syarat untuk Faktor Keamanan Minimum ditentukan oleh kondisi pembebanan yang ditinjau dan kondisi saat terjadi gempa atau tidak.

20

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

3.7

Evaluasi 1. Nilai faktor keamanan minimum harus diperhitungkan terhadap faktorfaktor..... a. Kondisi desain selama analisis dan risiko keruntuhan b. Tingkat ketelitian parameter kuat geser ( shear strength) dan prediksi tekanan air pori c. Struktur tubuh bendungan d. Jawaban a) , b) , c) benar

2. Analisa Stabilitas Lereng Tubuh Bendungan pada kondisi surut cepat (rapid drawdown) dapat dilakukan berdasarkan konsep….. a. Tegangan Total b. Tegangan Efektif c. Tegangan Total dan Efektif d. Tidak ada jawaban yang benar

3. Pada Analisa Stabilitas Lereng Tubuh Bendungan pada kondisi surut cepat (rapid drawdown), maka perhitungan yang harus dilakukan harus dilakukan terhadap….. a. Lereng hulu dengan kondisi tanpa dan dengan gempa b. Lereng hilir dengan kondisi tanpa dan dengan gempa c. Lereng hulu dan hilir dengan kondisi tanpa dan dengan gempa d. Semua jawaban yang benar

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

21

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

22

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

BAB IV

PARAMETER DESAIN Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta mampu menjelaskan parameter desain.

4.1

Kuat Geser Analisis stabilitas lereng bendungan dan lereng alami membutuhkan perhitungan kuat geser material sepanjang permukaan yang berpotensi runtuh. Berdasarkan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb dengan konsep tegangan efektif, maka kuat geser “S” (pada saat runtuh) dapat dirumuskan sebagai berikut: S’ = c’ + ( – u) tan ’ ………………………………………………………[4.1] dengan: c’

: kohesi efektif (t/m2)

’

: sudut geser dalam efektif (derajat)

u

: tekanan air pori pada bidang runtuh selama pembebanan, pada saat runtuh (t/m2)



: tegangan normal total pada bidang runtuh selama pembebanan pada saat runtuh (t/m2)

S’

: kuat geser efektif (t/m2)

Berdasarkan konsep kuat geser total, maka kuat geser Su dapat dirumuskan sebagai berikut : Su = f (c’) ..........................................................................................…[4.2] dengan: Su

: kuat geser tanpa drainase (t/m2),

c’

: tegangan minimal (t/m2). Lihat Gambar 4.1.

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa kuat geser tanpa drainase sebagai fungsi dari c’, yaitu tegangan minimal sebelum terjadi keruntuhan geser. Dalam analisis stabilitas lereng, tegangan minimal adalah tegangan efektif normal yang terjadi pada permukaan yang berpotensi runtuh, sebelum mengalami keruntuhan. Pada waktu terjadi keruntuhan, tegangan geser PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

23

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

sepanjang bidang keruntuhan akan mencapai kekuatan geser maksimum (τf). Lihat Gambar 4.2. Tf

Keruntuhan Geser Gambar 4.1. Penggambaran Selubung Kuat Geser



 

Pada waktu runtuh , tegangan geser sepanjang bidang runtuh () mencapai kekuatan geser(f). Gambar 4.2. Penggambaran

4.1.1 Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb Tanah seperti halnya bahan atau material padat lainnya, akan runtuh baik karena kekuatan tarikan maupun geseran. Pengetahuan tentang kekuatan geser diperlukan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan stabilitas massa tanah. Bila suatu titik pada sembarang bidang dari massa tanah memiliki tegangan geser yang sama dengan kekuatan gesernya, maka akan terjadi keruntuhan pada titik tersebut. Kekuatan geser tanah (δf) di suatu titik pada bidang tertentu dari massa tanah, dikemukakan oleh Coulomb sebagai suatu fungsi linier terhadap tegangan normal (total)(σf) pada bidang tersebut di titik yang sama, sebagai berikut:

24

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

δf = c + σf tan ø

…………………………………………............ (4.3)

di mana: c dan ø adalah parameter kekuatan geser, yang didefinisikan sebagai kohesi (cohesion intercept atau apparent cohesion), dan sudut tahanan geser (angle of shearing resistance) tanah. Berdasarkan konsep dasar Terzaghi, tegangan geser tanah hanya dapat ditahan oleh tegangan dari partikel-partikel padat tanah. Kekuatan geser tanah dapat juga dinyatakan sebagai fungsi dari tegangan normal efektif tanah sebagai berikut: δf = c’ + σ’f tan ø’

………………………………………………... (4.4)

di mana: c’ dan ø’ adalah parameter-parameter kekuatan geser tanah pada tegangan efektif. Dengan demikian, keruntuhan massa tanah akan terjadi pada titik yang mengalami keadaan kiritis, yang disebabkan oleh kombinasi antara tegangan geser dan tegangan normal efektif tanah. Selain itu, kekuatan geser dapat juga dinyatakan dalam tegangan-tegangan utama σ’1 (major principle stress) dan σ’3 (minor principle stress) pada keadaan runtuh di titik yang ditinjau. Garis yang dihasilkan oleh persamaan 4.5 pada keadaan runtuh merupakan garis singgung (envelope) terhadap lingkaran Mohr, yang menunjukkan keadaan tegangan dengan nilai positif untuk tegangan tekan. Koordinat titik singgung adalah δf dan σ’f, di mana : δf

= ½ (σ’1 - σ’3) sin 2θ

…………………………………………. (4.5)

σ’f = ½ ( σ’1 - σ’3) + ½ (σ’1 - σ’3) cos 2 θ dan θ adalah sudut antara bidang utama dan bidang runtuh secara teoritis, yang besarnya adalah θ = 45○ + Ф´/2 .

Dari hubungan antara tegangan utama efektif pada keadaan runtuh dan parameter-parameter kekuatan geser (lihat Gambar 4.3), dapat dinyatakan :

sin Ф’ =

½ (σ’1 - σ’3 ) c’ cot Ф´ + ½ (σ’1 - σ’3)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

25

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Sehingga :

½ (σ’1 - σ’3 ) = ½ (σ’1 - σ’3 ) sin Ф´ + 2 cos Ф´ atau

σ’1 = σ’3 tan2 (45○ + Ф´/2) + 2 c’ tan (45○ + Ф´/2)

Gambar 4.3. Kondisi Tegangan-Tegangan Saat Terjadi Keruntuhan

Persamaan ini disebut sebagai kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb. Kriteria tersebut berlaku dengan asumsi bahwa bila sejumlah keadaan tegangan telah diketahui, yang masing-masing menghasilkan keruntuhan geser pada tanah, maka dapat digambarkan sebuah garis singgung pada lingkaran Mohr; yang dinamakan selubung keruntuhan (failure envelope) tanah. Keadaan tegangan tidak mungkin berada di atas selubung keruntuhannya. Namun, kriteria ini tidak mempertimbangkan regangan pada saat atau sebelum terjadinya keruntuhan dan secara tidak langsung menyatakan bahwa tegangan utama efektif σ’ tidak mempengaruhi kekuatan geser tanah. Di dalam praktek, kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb ini paling sering digunakan karena cukup sederhana, walaupun bukan merupakan satu-satunya kriteria keruntuhan tanah. Selubung keruntuhan untuk tanah tertentu tidak selalu berbentuk garis lurus, tetapi secara perkiraan dapat dibuat garis lurus, yang diambil dari suatu rentang tegangan serta parameter-parameter kekuatan geser pada rentang tersebut. 26

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Dengan membuat plotting ½ (σ’1 - σ’3) terhadap ½ (σ’1 - σ’3), maka setiap kondisi tegangan dapat dinyatakan dengan suatu titik tegangan (stress point), yang lebih baik daripada lingkaran Mohr, seperti diperlihatkan pada Gambar 5.2. Setelah itu dapat dibuat selubung keruntuhan yang dimodifikasi, dinyatakan dengan persamaan : ½ (σ’1 - σ’3) = a’ + ½ (σ’1 - σ’3) tan α’ dimana: a’ dan α’ adalah parameter-parameter kekuatan geser yang dimodifikasi. Kemudian parameter-parameter c’ dan ø´ diperoleh dari : ø´ = sin-1 (tan α’) c’=

a’/ cos ø´

Gambar 4.4. Alternatif Penggambaran Kondisi Tegangan Saat Terjadi Keruntuhan

Garis-garis yang digambarkan dari titik tegangan pada sudut 450 terhadap horizontal (lihat Gambar 4.4), berpotongan dengan sumbu horizontal di titiktitik yang menyatakan nilai-nilai tegangan-tegangan utama σ’1 dan

σ’3.

Gambar 4.4 juga dapat digambarkan untuk kondisi tegangan total, dengan koordinat-koordinat vertikal dan horizontal berturut-turut ½ (σ’1 - σ’3) dan ½ (σ1 - σ3), di mana dinyatakan bahwa : ½ (σ’1 - σ’3) = ½ (σ1 - σ3) ½ (σ’1 - σ’3) = ½ (σ1 - σ3) = µ PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

27

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Dalam keadaan simetris aksial, suatu keadaan tegangan efektif dapat juga dibuat plotting koordinat-koordinat vertikal dan horizontal berturut-turut q’ dan p’, dimana : q’ = ½ (σ’1 - σ’3) p’ = ½ (σ’1 - σ’3) Besaran tegangan-tegangan ini (yang merupakan fungsi dari tegangan utama) tidak tergantung pada orientasi sumbu-sumbu koordinat, sehingga tegangantegangan semacam itu disebut in varian tegangan, yang dinyatakan sebagai berikut : q = (σ1 - σ3) p = ½ (σ1 - σ3) Dalam hal ini, hubungan antara tegangan efektif dan tegangan total adalah: q’ = q p’ = p - µ

4.1.2 Pemilihan Parameter Kuat Geser Pemilihan parameter tanah yang sesuai dan penggunaannya yang benar dalam analisis stabilitas pada umumnya sangat penting dibandingkan metode analisis stabilitas yang digunakan. Bila nilai-nilai kuat geser dipilih dari data hasil uji kuat geser, maka perlu dperhitungkan bentuk kurva teganganregangan untuk uji tanah masing-masing. Bilamana tanah fondasi tak terganggu dan tanah yang dipadatkan tidak menunjukkan penurunan yang signifikan dalam geser atau perbedaan tegangan setelah tegangan puncak tercapai, maka nilai kuat geser dapat dipilih sebagai tegangan geser puncak dalam uji geser langsung S, tegangan deviator puncak, atau tegangan deviator pada 15% regangan, di mana perlawanan geser meningkat dengan regangan.

Untuk setiap tipe tanah, nilai kuat geser harus dipilih sebagai 2/3 dari nilai hasil uji kuat geser yang dipilih.

28

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Kadang-kadang analisis stabilitas bendungan urugan dan fondasinya dilakukan menggunakan nilai-nilai estimasi terhadap properties materialnya. Estimasi untuk nilai properties material terkait didasarkan pada: a) Laporan uji laboratorium yang lalu dari studi proyek terkait. b) Pengalaman lalu dalam pengujian material yang sama pada bendungan yang lain.

Sementara hal tersebut dapat diterima untuk pekerjaan awal atau preliminary dalam proses evaluasi keamanan bendungan. Yang terpenting bahwa evaluasi akhir dan rekomendasi untuk pekerjaan perbaikan (remedial) atau alternatif lain didasarkan pada nilai properties material yang diperoleh dari hasil uji laboratorium dan lapangan yang sesuai berdasarkan spesifikasi lapangan.

Pemikiran tersebut merupakan hal yang terbaik untuk membandingkan nilainilai uji dengan data historis material yang sama atau secara empiris, dan untuk menyimpulkan perbedaan yang terjadi. Tujuan akhirnya adalah untuk mendapatkan nilai-nilai properties yang terbaik (best representative) untuk material terkait. 4.1.3 Sumber dan Data Kuat Geser a) Parameter bahan urugan diperkirakan dari pengalaman Kuat geser material dapat diperoleh dari uji lapangan dan uji laboratorium, atau diperkirakan berdasarkan pengalaman yang tergantung pada tahapan analisis pada waktu desain.

Kuat geser untuk desain pada masa persiapan, diperkirakan berdasarkan data geologi lokal dan hasil uji laboratorium untuk material yang sama, serta pengalaman.

Material urugan bendungan sebaiknya diperoleh dekat lokasi rencana bendungan. Hampir semua material urugan dapat digunakan, kecuali tanah yang mengandung zat organik atau zat yang mudah larut. Pada umumnya material urugan bendungan dibedakan dalam 3 jenis, yaitu batu, pasir kerikilan dan tanah lempungan (kedap air). PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

29

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Konstruksi bendungan disesuaikan dengan karakteristik mterial yang terpilih, kondisi lapangan (topografi, geologi dan meteorologi), dan pola pelaksanaan, serta peralatan yang digunakan agar biaya konstruksi dapat seefisien mungkin. Ketiga jenis material urugan yang sering digunakan adalah tanah lempungan, pasir dan kerikil, dan batu.

b) Uji geser laboratorium Uji kuat geser di laboratorium dilakukan baik pada contoh tanah tak terganggu maupun yang terganggu dari material fondasi dan tubuh bendungan. Pengujian ini dilakukan untuk memperoleh parameter kuat geser yang diperlukan dalam analisis stabilitas bendungan. Yang termasuk uji kuat geser di laboratorium adalah uji tekan bebas (SNI 033638-1994), uji geser triaxial (SNI 03-2455-1991 dan SNI 03-4813-1998), uji geser langsung (SNI 03-2813-1992), uji geser torsi atau rotasi, dan uji geser sederhana (simple shear).

Penentuan parameter kuat geser merupakan bagian terpenting dan tersulit dari analisis stabilitas. Kesulitan itu antara lain dalam memperoleh contoh uji yang dapat mewakili, menjaga contoh uji agar tetap tak terganggu, sesuai kondisi pembebanan di lapangan, dan menghindari kesalahan pengujian. Pada umumnya, contoh uji yang benar-benar mewakili kondisi di lapangan sangat sulit diperoleh.

Namun, parameter kuat geser dapat ditentukan berdasarkan nilai rata-rata dari sejumlah hasil pengujian. Pembebanan dan tegangan yang bekerja pada contoh uji di laboratorium, berbeda dengan yang ada pada elemen tanah di lokasi bidang runtuh. Oleh karena itu, pengalaman mempunyai peranan penting dalam evaluasi hasil pengujian, yaitu untuk memastikan apakah parameter yang dipilih dapat mewakili material di lapangan.

30

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

4.2

Hubungan Antara Kuat Geser dengan Kondisi Pembebanan Pembebanan yang biasanya dievaluasi untuk analisis stabilitas lereng, adalah pada kondisi : a) Selesai dan selama konstruksi berlangsung; b) Aliran langgeng; c) Operasional waduk d) Surut cepat.

Parameter kuat geser material yang digunakan di dalam analisis harus memberikan

gambaran

tentang

perilaku

material

pada

tiap

kondisi

pembebanan.

4.2.1 Kuat Geser Pada Kondisi Selesai dan Selama Konstruksi Pembebanan pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung dapat dianalisis dengan menggunakan konsep kuat geser total dan konsep kuat geser efektif. a) Kuat geser total 1) Fondasi Parameter kuat geser tanah lempungan fondasi yang jenuh air dapat diperoleh dengan uji tekan bebas UC (UC=Unconfined compression test) atau uji triaxial UU (UU=Unconsolidated undrained test) tanpa pengukuran tekanan air pori pada contoh uji tak terganggu. Contoh tanah tak terganggu harus dipilih dan diuji berdasarkan rentang kedalaman dari material fondasi. Jika digunakan uji geser baling di lapangan, maka juga harus diuji berdasarkan rentang kedalaman. Sedangkan untuk tanah fondasi lainnya digunakan uji triaxial UU. 2) Material urugan Contoh uji yang mewakili material urugan harus diuji kompaksi standar (SNI 03-2832-1992) terlebih dahulu, sehingga diperoleh kurva hubungan antara kadar air (w) dan kepadatan kering (dr). Untuk pengujian laboratorium disiapkan benda uji dengan menumbuk material dalam tabung cetak. Benda uji yang diperoleh dapat PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

31

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

mempunyai berat volume kering (dr-lap) dan kadar air (wlap) sesuai dengan kondisi lapangan yang dikehendaki. Kemudian benda uji ini diuji triaxial UU (tanpa drainase dan tanpa konsolidasi), dengan tekanan keliling sesuai dengan rentang tegangan normal di lapangan. Pada umumnya, sudut geser dalam 0 dan kohesi c0 diperoleh untuk tanah lempung yang jenuh. Sedangkan untuk tanah lempung jenuh

sebagian,

selubung

keruntuhan

Mohr

(Mohr

envelope)

berbentuk kurva pada rentang tegangan normal rendah. Sudut geser dalam dan kohesi ditentukan pada rentang tegangan yang sesuai dengan kondisi di lapangan. b) Kuat geser efektif Apabila tekanan air pori di dalam tubuh bendungan dan fondasi meningkat karena adanya proses pengurugan beban, maka harus digunakan kuat geser efektif dalam analisis stabilitas lereng. Uji triaxial terkonsolidasi tanpa drainase (CU = Consolidated Undrained test) dengan pengukuran tekanan air pori harus dilakukan pada contoh tanah lempung dan lanau karena permeabilitasnya rendah. Tujuannya agar contoh tanah dapat diasumsi mengalami keruntuhan pada kondisi tanpa drainase.

Uji triaxial terkonsolidasi dengan drainase (CD = Consolidated Drained test) atau uji geser langsung (CD) dapat digunakan untuk material fondasi dan tubuh bendungan. Baik untuk material berbutir kasar maupun untuk material kedap air dan kedap sebagian pada pembebanan jangka panjang dengan kecepatan pembebanan sama atau lebih rendah dari kecepatan konsolidasi. Dalam hal ini, tekanan air pori berlebih dijaga tetap nol.

Kuat geser material fondasi lempung overkonsolidasi (overconsolidated clay) dan serpih lempungan (clay-shale) dapat diperoleh dari uji triaxial CD atau CU.

32

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

4.2.2 Kuat Geser Pada Kondisi Aliran Langgeng Stabilitas lereng bendungan pada kondisi aliran langgeng harus dianalisis dengan menggunakan parameter kuat geser efektif dari material tubuh dan fondasi bendungan. Uji triaxial CU atau CD harus dilakukan dengan pengukuran tekanan air pori. Pemberian tekanan balik (backpressure) yang cukup untuk mencapai derajat kejenuhan 95%, harus dilakukan baik untuk benda uji material terkompaksi maupun material fondasi takterganggu. Uji geser langsung digunakan untuk pasir, lempung berpasir atau lempung kelanauan. Uji ini dapat digunakan juga untuk lempung dengan plastisitas rendah sampai tinggi. Namun pelaksanaannya membutuhkan kecepatan geser lambat, sehingga menjadi kurang praktis.

Stabilitas lereng udik umumnya tidak bersifat kritis pada kondisi pembebanan ini, sehingga hanya lereng bagian hilir yang harus dianalisis.

4.2.3 Kuat Geser Pada Kondisi Surut Cepat Stabilitas lereng bendungan pada kondisi surut cepat harus dianalisis dengan menggunakan parameter kuat geser efektif dari material tubuh dan fondasi bendungan. Uji triaxial CU dengan penjenuhan sebelumnya dan pengukuran tekanan air pori harus dilakukan untuk tanah, baik yang kedap air maupun kedap air sebagian. Uji triaxial (CD) atau uji geser langsung (CD) dapat digunakan untuk material dengan permeabilitas yang tinggi (> 10-4 cm/s).

Faktor-faktor yang harus diperhitungkan untuk pengujian tanah lempung overkonsolidasi atau serpih lempungan, antara lain keadaan geologi sekitar bendungan, keberadaan bidang perlapisan, dan daerah yang pernah mengalami longsoran. Pengujian yang harus dilakukan untuk material ini adalah uji triaxial CU dengan pengukuran tekanan air pori, uji triaxial CD, atau uji geser langsung (CD).

Pada daerah yang permukaannya berpotensi runtuh dan ada tanda-tanda bidang longsor, maka harus dilakukan analisis stabilitas menggunakan

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

33

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

parameter kuat geser sisa (residual) dengan uji geser langsung bolak-balik (reversal shear box).

4.3

Analisis Tegangan Efektif Versus Analisis Tegangan Total Pada umumnya, ada dua pendekatan analisis yang berbeda, yang berlaku untuk menentukan stabilitas bendungan urugan (K. Terzaghi and R. B. Peck, 1967), yaitu: a) Analisis tegangan efektif b) Analisis tegangan total Dalam analisis tegangan efektif, kuat geser tanah dievaluasi berdasarkan tegangan normal efektif, dan perhitungan dilakukan secara eksplisit terhadap tekanan air pori dalam perhitungan analisis stabilitas. Dalam analisis tegangan total, kuat geser tanah meliputi pengaruh tekanan air pori.

Dua pendekatan yang diperkirakan terhadap hasil lapangan, faktor keamanan yang identik untuk bidang longsor akan menghasilkan kuat geser yang memadai dan data tekanan air pori terkait yang digunakan dalam perhitungan.

Jadi, pemilihan pendekatan analisis dapat didasarkan pada: c) Manfaat penggunaan d) Manfaat pengujian dan pengumpulan data e) Ketersediaan prosedur penghitungan

Akan tetapi dalam teknik rekayasa bendungan urugan, biasanya digunakan analisis tegangan efektif sebab dapat membantu/ memfasilitasi pemahaman yang memadai dari respons relatif dari setiap elemen dalam matriks lapisan tanah.

Jadi, untuk melakukan analisis stabilitas tegangan efektif secara memadai dari bendungan urugan, perlu diketahui: a) Tekanan air pori dalam material tubuh bendungan dan fondasinya. b) Gaya-gaya yang dihasilkan oleh air seperti rembesan melalui material tubuh dan fondasi bendungan. 34

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

4.3.1 Tekanan Air Pori a) Metode garis freatik Tekanan air pori dapat dihitung dengan beberapa metode di bawah ini. Perhitungan tekanan air pori untuk kondisi aliran langgeng dapat diperkirakan sebagai tekanan hidrostatik di bawah garis freatik. Permukaan

garis

freatik

diperoleh

berdasarkan

prosedur

yang

dikembangkan oleh Casagrande, Pavlovsky, Cedergren, dan yang lainnya (periksa RSNI M-02-2002, Metode Analisis dan Cara Pengendalian Rembesan Air Untuk Bendungan Tipe Urugan). Pada umumnya, metode ini agak konservatif untuk bendungan tipe zonal, dan tidak dapat digunakan untuk kasus-kasus khusus. Sebagai contoh, pengaruh anisotropi, pengaruh infiltrasi air hujan dan tekanan artesis dalam fondasi, sehingga perlu digunakan metode lain.

Metode garis freatik juga dapat digunakan untuk menghitung tekanan air pori pada kondisi surut cepat, dengan memodifikasi garis freatik pada kondisi aliran langgeng dengan asumsi kondisi aman sebagai berikut ini. 1) Selama terjadi surut cepat, tidak terjadi disipasi tekanan air pori pada material kedap air, sehingga garis freatik tidak mengalami perubahan. 2) Elevasi muka air normal atau elevasi muka air maksimum diturunkan secara cepat sampai elevasi muka air minimum.

Namun, metode garis freatik tidak dapat digunakan untuk menghitung tekanan air pori pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung. b) Metode grafis menggunakan jarring aliran dan model analog Analisis dengan metode jaringalir pada kondisi aliran langgeng dapat digunakan untuk memperkirakan tekanan air pori, penyebaran tekanan air pori dan garis freatik pada tubuh dan fondasi bendungan. Pengaruh sifat anisotropi terhadap permeabilitas dapat diperhitungkan, walaupun kurang teliti.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

35

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Metode analog listrik dapat juga digunakan untuk menghitung tekanan air pori secara akurat dalam media isotropik dan anisotropik pada kondisi aliran langgeng.

c) Metode numerik Metode numerik adalah cara analisis yang terbaik untuk menentukan penyebaran tekanan air pori di dalam tubuh dan fondasi bendungan yang kompleks, baik pada kondisi aliran langgeng maupun surut cepat. Metode ini biasanya dikerjakan secara numerik dengan menggunakan cara elemen hingga, beda hingga dan elemen batas.

Permeabilitas material tubuh dan fondasi bendungan harus diketahui secara teliti, untuk menghitung tekanan pori secara akurat. Jika diperlukan, metode numerik dapat digunakan pada desain akhir. Semua penjelasan mengenai metode analisis rembesan air dapat diperiksa secara rinci pada standar analisis rembesan air. d) Metode pengukuran lapangan dengan instrument Piezometer Peningkatan tekanan air pori selama konstruksi berlangsung di dalam tubuh dan fondasi bendungan, tergantung pada sifat fisik material dan kecepatan pengurugan. Hasil pengamatan tekanan air pori dengan piezometer sistem tertutup selama konstruksi berlangsung, harus dibandingkan dengan perkiraan tekanan air pori dari hasil analisis desain. Jika diperlukan, untuk memperkuat analisis stabilitas bendungan pada kondisi selama konstruksi berlangsung, maka sebaiknya dilakukan pengawasan terhadap pergerakan dan tekanan air pori di dalam bagian kritis tubuh dan fondasi bendungan.

Tekanan air pori yang terukur dari pisometer dengan baik dapat langsung digunakan untuk analisis stabilitas lereng bendungan atau lereng alami, pada kondisi aliran langgeng atau surut cepat.

Untuk mengetahui tekanan air pori dalam fondasi dan bendungan urugan diperlukan data piezometrik yang ditunjang oleh: 36

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

1) Sejumlah besar piezometer yang cukup terpasang pada lokasi-lokasi yang sesuai di dalam fondasi dan tubuh bendungan. 2) Pencatatan yang terpercaya dari pembacaan piezometer dan elevasi muka air waduk yang bersangkutan, yang memudahkan adalah dalam bentuk plotting, sehubungan dengan periode waktu. 3) Alat-alat yang terpercaya perlu tersedia untuk menghitung tekanan air pori pada lokasi-lokasi yang memerlukan data sebaran (discrete) tekanan air pori (A. K. Chugh, 1981).

Bila data piezometrik tidak ada, dapat dilakukan analisis rembesan (seepage) dengan menggunakan model numerik untuk masalah tersebut (A.K. Chugh and H.T. Falvey, 1984). Tekanan air pori dapat ditentukan dengan garis freatik yang dihitung, atau dengan nilai tekanan air pori terhitung pada lokasi-lokasi sebaran dalam fondasi dan tubuh bendungan.

Dalam analisis rembesan, gaya rembesan pada elemen tanah dihitung dengan mengalikan volume elemen tanah, berat isi air, dan gradien hidraulik. Gaya-gaya rembesan dalam material bendungan urugan dan fondasinya dapat dihitung, baik dari data piezometrik atau hasil analisis rembesan.

Kadang-kadang untuk menyingkat waktu perhitungan gaya rembesan, tidak dilakukan dengan analisis rembesan. Sebagai gantinya, garis freatik yang tinggi digambarkan pada penampang melintang bendungan dari hasil studi, dan tekanan air pori sepanjang bidang longsor dihitung berdasarkan distribusi tekanan hidrostatik. Akan tetapi, hal ini tidak disarankan untuk menentukan tekanan air pori yang diperlukan dalam analisis stabilitas bendungan. Demikian juga secara eksplisit gaya rembesan pada massa longsoran umumnya tidak dilakukan dalam analisis stabilitas lereng.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

37

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

e) Metode hilf Prosedur rinci untuk memperkirakan kurva tegangan total dengan tekanan air pori dari hasil uji konsolidasi di laboratorium dapat dilakukan dengan metode J.W Hilf. Prosedur ini dapat digunakan untuk menghitung tekanan air pori selama masa konstruksi berlangsung.

4.4

Latihan 1. Jelaskan dasar – dasar penentuan nilai estimasi terhadap properties material yang digunakan dalam analisa stabilitas Bendungan Urugan! 2. Sebutkan dasar pemilihan pendekatan analisis dari Metode kuat geser total dan efektif ! 3. Sebutkan kriteria penentuan pengaruh tekanan air pori yang handal dengan menggunakan hasil pembacaan Piesometer!

4.5

Rangkuman Pemilihan parameter kuat geser tanah yang sesuai dan penggunaannya yang benar dalam analisis stabilitas pada umumnya sangat penting dibandingkan metode analisis stabilitas yang digunakan.

Kadang2 analisis stabilitas bendungan urugan dan fondasinya dilakukan menggunakan nilai2 estimasi terhadap properties materialnya. Estimasi untuk nilai properties material terkait didasarkan pada Laporan uji laboratorium yang lalu dari studi proyek terkait atau berdasarkan pengalaman dalam uji material yang sama pada bendungan lain.

Sumber dan data kuat geser dapat diperoleh dari pengalaman berdasarkan data geologi lokal dan hasil uji laboratorium untuk material yang sama ( pada masa persiapan),uji geser lapangan dan uji geser laboratorium. Kondisi pembebanan yang biasanya dievaluasi untuk analisis stabilitas lereng,adalah pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung,aliran langgeng,operasional waduk ,dan surut cepat. Parameter kuat geser material yang digunakan di dalam analisis harus memberikan gambaran tentang perilaku material pada tiap kondisi pembebanan.

38

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Pembebanan pada setiap kondisi dapat dianalisis dengan menggunakan konsep kuat geser total/ analisa

tegangan total atau konsep kuat geser

efektif/ analisa tegangan efeftif. Penentuan parameter desain yang digunakan harus

disesuaikan

dengan

jenis

uji

yang

(Unconsolidated Undrained), CU (Consolidated

dilakukan

apakah

UU

Undrained) ataukah CD

(Consolidated Drained). Untuk menentukan besarnya pengaruh Tekanan air pori, dapat

dilakukan

dengan menggambarkan garis freatik berdasarkan beberapa metode yaitu teori Casagrande, Pavlovsky dll, metode grafis menggunakan jaring aliran dan model analog, metode

numerik,metode pengukuran lapangan dengan

instrumen Piezometer,atau dengan metode Hilf.

4.6

Evaluasi 1. Sumber dan data kuat geser dapat diperoleh dari….. a. Pengalaman berdasarkan data geologi lokal dan hasil uji laboratorium untuk material yang sama ( pada masa persiapan) b. Uji geser lapangan c. Uji geser laboratorium d. Semua jawaban benar 2. Pembebanan yang biasanya dievaluasi untuk analisis stabilitas lereng, adalah pada kondisi….. a. Selesai dan selama konstruksi berlangsung; b. Aliran langgeng dan operasional waduk c. Surut cepat d. Semua jawaban benar 3. Untuk menentukan besarnya tekanan air pori,dapat dilakukan dengan..... a. Metode penggambaran garis freatik menurut Casagrande b. Analisa numerik c. Jawaban a) dan b) benar d. Metode coba – coba trial and error

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

39

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

40

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

BAB V KONSEP STABILITAS LERENG Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta mampu menjelaskan konsep stabilitas lereng.

5.1

Teori Dasar Beberapa hal yang perlu dibahas meliputi konsep kestabilan lereng dan metode analisisnya berdasarkan pengalaman, komputasi, dan grafik. a) Parameter penting yang digunakan dalam analisis kestabilan lereng adalah kuat geser tanah (batuan). Keruntuhan geser pada tanah (batuan) terjadi akibat gerak relatif antarbutiran, sehingga kekuatannya bergantung pada gaya yang bekerja antarbutiran. b) Kuat geser tanah (batuan) terdiri atas : 1) Bagian yang bersifat kohesif yang bergantung pada jenis tanah (batuan) dan ikatan butir tanah. 2) Bagian yang bersifat gesekan yang sebanding dengan tegangan efektif yang bekerja pada bidang geser. c) Kekuatan geser tanah jenuh air dinyatakan dalam rumus : S = c’ + (  - u ) tan ’)

............................................................ (5.0)

dengan: S

: kekuatan geser,



: tegangan total pada bidang geser,

u

: tekanan air pori,

c’

: kohesi efektif,

’

: sudut geser dalam efektif.

d) Analisis kestabilan lereng didasarkan pada mekanisme longsor suatu benda yang terletak pada bidang longsor, seperti diperlihatkan pada Gambar 5.1 dan 5.2. R/T < 1 benda akan bergerak R/T = 1 benda dalam keadaan seimbang R/T > 1 benda akan diam.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

41

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Gambar 5.1. Kekuatan Geser Tanah dan Batuan

Gambar 5.2. Keseimbangan Benda Pada Bidang Miring 5.2

Analisis Stabilitas Lereng Analisis kestabilan lereng dapat dilakukan dengan berbagai cara, yang pada umumnya dapat dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu: 1) pengamatan visual, 2) penggunaan komputasi, dan 3) penggunaan grafik. Cara analisis yang umum dilakukan dalam penyelidikan longsoran diperlihatkan dalam Tabel 5.1.

Metode analisis stabilitas lereng bendungan urugan dapat dilakukan dengan 2 cara sebagai berikut: a) Metode analisis dengan cara keseimbangan batas, dan b) Metode

analisis

dengan

cara

elemen

hingga

yang

memenuhi

keseimbangan statis dalam setiap elemen. Yang dibahas disini adalah metode analisis stabilitas lereng dengan cara keseimbangan batas.

42

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Tabel 5.1. Cara Analisis Kestabilan Lereng No.

Analisis

Cara

Bid.longsoran *)

Tanah **)

Batu **)

Keterbatasan

I

Berdasarka n pengamata n visual

Membandingk an kestabilan lereng yang ada

L, P, B

O

O

II

Menggunak an komputasi

Fellinius Bishop Janbu

L L, P, B L, P, B

O O O

X O O

III

Menggunak an grafik

Cousins Janbu Duncan Hoek & Bray

L L P P, B

O O O X

X O O O

1. Kurang teliti 2. Bergantung pada pengalaman seseorang 3. Disarankan untuk digunakan jika tidak ada risiko. Fellenius kurang teliti, hanya dapat menghitung faktor keamanan tetapi tidak dapat menghitung deformasi. 1. Material homogen 2. Pada umumnya struktur ederhana.

Keterangan : *) L : lingkaran P : planar B : baji

**) O : digunakan X : tidak digunakan

Sebenarnya tidak ada perbedaan dasar dalam metodologi antara analisis stabilitas statik untuk bendungan baru dan bendungan existing. Akan tetapi, dalam melakukan analisis stabilitas lereng harus mempertimbangkan kualitas dan kuantitas data masukan yang tersedia.

Metode keseimbangan batas biasanya digunakan untuk melaksanakan analisis stabilitas lereng. Metode elemen hingga lebih fleksibel dan rinci serta digunakan untuk analisis yang lebih lengkap dari tegangan dan regangan dalam bendungan urugan dalam kondisi statik. Pada umumnya, kedua metode tersebut memberikan nilai faktor keamanan rata-rata yang sama untuk bidang longsor yang ditinjau.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

43

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

5.2.1 Analisis Berdasarkan Pengamatan Visual a) Kestabilan lereng juga dapat diperkirakan dengan melakukan pengamatan secara visual di lapangan tanpa melakukan penyelidikan baik di lapangan maupun di laboratorium. Analisis ini dilakukan dengan cara sebagai berikut: b) Membandingkan lereng stabil dan lereng longsor, serta keadaan geologi lereng. c) Mula-mula lereng dikelompokkan menurut keadaan geologinya yang sama atau dapat disamakan. d) Membuat grafik hubungan antara tinggi dan kemiringan lereng yang menggambarkan keadaan lereng longsor pada ketinggian, dan kemiringan yang berlainan (Gambar 5.3). e) Lereng yang paling tinggi dan paling tegak dapat digunakan sebagai patokan untuk menentukan lereng stabil, dan batas antara lereng stabil dan lereng longsor.

Gambar 5.3. Contoh Hubungan Antara Kemiringan, Tinggi dan Ketidakstabilan Lereng (Sumber: Duncan, JM. And Buchighani)

44

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

5.2.2 Analisis Berdasarkan Komputasi a) Metode Fellenius Pada gambar 5.4, diperlihatkan suatu lereng dengan bidang longsoran kritisnya. Untuk menghitung faktor keamanannya maka perlu diturunkan persamaan-persamaan umumnya. Untuk keperluan ini, maka bidang longsoran kritis dibagi atas beberapa potongan kecil-kecil dengan lebar b. Salah satu dari potongan ini yaitu potongan no.6 dengan skala diperbesar diperlihatkan pada gambar di bawah dengan mencantumkan semua sistem gaya-gaya yang bekerja. s  c'' tan ' '    u

...........................................................................(5.1) .............................................................................(5.2)

dengan : s

= kekuatan efektif;

c’ = kohesi efektif; Ф’ = sudut geser efektif; σ, σ’

= tegangan total, efektif;

u = tekanan pori; FK S

= faktor keamanan. s.l l  (c'.l  P' tan ' ) FK FK

........................................................ (5.3)

Sistem gaya-gaya dalam potongan no. 6, harus berada dalam keadaan seimbang. Persyaratan yang harus dipenuhi untuk ini adalah: 1) Σ Momen terhadap titik pusat lingkaran O = 0 2) Σ Gaya-gaya sejajar dan tegak lurus garis BC = 0

Untuk memenuhi persyaratan a), maka gaya-gaya yang bekerja harus memenuhi persamaan (5.4) yang mempunyai bentuk, TWI  UB 2  QW 2  S  0 .................................................................(5.4)

TWI  W(I  Kv) sin   W.Kh(cos   hq / R) .......................................(5.5)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

45

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

TWI  U (sin  cos   cos  sin)  h. sin / R .............................. (5.6) QW 2  Q(sin  cos   cos  sin )  h. sin  / R ............................. (5.7)

Untuk memenuhi persyaratan ii) maka gaya yang bekerja harus memenuhi persamaan (8.8) yang mempunyai bentuk, P'U  TWR  UB1  QW 1  (E n  E n1 ) sin   ( X n  X n1 ) cos   0 .....(5.8)

TWR  W(1  Kv) cos   W.Kh sin 

UB1  U (cos  cos   sin sin )

........................................ (5.9) ...............................................(5.10)

QW1  Q(cos  cos   sin  sin ) ................................................ (5.11)

Substitusikan persamaan (5.3) dan (5.8) kedalam persamaan (5.4) dan dengan anggap bahwa, (En – En+1) sin α – (Xn – Xn+1) cos α = 0 sehingga dengan demikian dihasilkan persamaan, FK 

c' l  tan (TWR  U  UB1  QW1) Mp  ............................. (5.12) TW 1  UB2  QW 2 MI

dengan : Mp

= momen perlawanan terhadap geser,

MI

= momen pelongsoran.

Dengan menjumlahkan semua momen perlawanan terhadap geser dan momen longsoran pada setiap potongan diperoleh persamaan faktor keamanan dengan cara Fellenius yaitu: FK 

46

(c ' b / cos   tan ' (TWR  U  UB1  QW 1)) Mp  (TW 1  UB 2  QW 2) Ml

.........(5.13)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Gambar 5.4. Bidang Longsor Kritis yang Terbagi Atas 10 Potongan

Gambar 5.5. Sistem Gaya-Gaya Pada Potongan 6

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

47

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

b) Metode modified Bishop Persamaan yang diturunkan di bawah disebut cara Bishop, yang dilakukan hampir sama dengan cara Fellenius, dan persyaratan keseimbangan juga sama dengan cara Fellenius. Perbedaannya hanya terletak pada keseimbangan gaya-gaya yang diambil terhadap horisontal dan vertikal. Jadi tidak sejajar dan tegak lurus garis BC (lihat Gambar 5.4). Keseimbangan gaya-gaya terhadap garis vertikal harus memenuhi persamaan (5.14) berikut, (P'U) cos   TWB  UB3  ( X n  X n1 )  S sin   0

……….

(5.14)

Persamaan keseimbangan momen terhadap titik pusat lingkaran sama dengan

persamaan

(5.3b)

cara

Fellinius.

Selanjutnya,

dengan

menjumlahkan semua momen perlawanan terhadap geser dan momen longsoran pada setiap potongan, maka persamaan umum untuk menentukan FK terhadap longsoran dengan cara modified Bishop 1 diperoleh dengan persamaan, FK 

(c ' b  tan ' (TWB  UB3  QW 3  bu)  CONST ) Mp  ..... (5.15) (TW 1  UB 2  QW 2) Ml

Hal-hal yang perlu diperhaikan adalah : 1) Analisis A.W. Bishop (1955) menggunakan cara elemen dan gaya yang bekerja pada tiap elemen diperlihatkan pada Gambar 5.5. Persyaratan keseimbangan diterapkan pada elemen yang membentuk lereng tersebut. 2) Faktor keamanan (FK) terhadap longsoran didefinisikan sebagai perbandingan kekuatan geser maksimum tanah di bidang longsor (Stersedia) dengan tahanan geser yang diperlukan untuk keseimbangan (Sperlu). FK = Stersedia/ Sperlu Stersedia = c’ + ( - ) tan ’ = c’ + ’ tan ’ Sperlu = { c’ + ( - ) tan ’ } / FK

......................................... (5.16)

FK = [ (1/m) {c’ l + (W -  l) tan’] / W sin  ..................... (5.17)

48

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

3) Nilai m bisa ditentukan dari Gambar 5.7. Untuk mempercepat perhitungan, cara penyelesaiannya dilakukan dengan coba ulang (trial and errors) nilai-nilai faktor keamanan menggunakan gambar tersebut. 4) Faktor keamanan yang diperoleh akan terlalu besar, jika sudut negatif di lereng paling bawah mendekati 300. Hal ini terjadi jika lingkaran longsor sangat dalam atau pusat rotasi diasumsi berada dekat puncak lereng. Selain itu, nilai FK cara Bishop lebih besar daripada nilai FK cara Fellenius.

Gambar 5.6. Sistem Gaya Pada Suatu Elemen Menurut Bishop

Gambar 5.7. Nilai m Untuk Persamaan Bishop

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

49

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

c) Metode Janbu Cara Janbu (1954) merupakan cara analisis kemantapan lereng yang dapat diterapkan untuk semua bentuk bidang longsor (Gambar 5.8). Besaran yang akan dicari adalah F, yang berhubungan dengan T, N, E dan S. Berdasarkan keseimbangan gaya vertikal, diperoleh persamaan: N cos  = W +  S – T sin  ; N

= (W +  S) sec  – T tan 

.................................... (5.18)

Jumlah gaya-gaya tegak lurus maupun tangensial terhadap bidang dasar irisan adalah nol, sehingga persamaannya adalah sebagai berikut : S

= y (dE/dx) - d (Eyt) /dx…….. .............................................. (5.19)

N

= (W – S) cos  + E sin  ....... .................................... (5.20)

T

= (W + S) sin  - E cos  ............................................ (5.21)

Menurut kriteria longsoran Mohr – Coulomb: T

= {c x sec  + N tan } /F

....................................... (5.22)

Dengan menggabungkan persamaan-persamaan di atas dan mengasumsi x = 0, diperoleh: (dE/dx) {(1 + (tan  /F) (dy/dx)} + (dS/dx) { (tan  /F) - (dy/dx)} = - c/F {1 + (dy/dx)2} + (dW/dx) { (tan  /F) + (dy/dx)} ..................(5.23)

Dua persamaan diferensial di atas dapat digunakan untuk menentukan E, S, yt. Sistem persamaan ini dapat dilengkapi dengan S =  f (x) E. dengan: f(x) : fungsi dari x, yang diasumsi linier untuk menentukan nilai  yang memenuhi persamaan tersebut di atas, 

: konstanta,

 dan F dapat dicari dari persamaan di atas.

50

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Gambar 5.8. Sistem Gaya Pada Irisan Dengan Metode Janbu d) Morgenstern & Price Gaya-gaya yang bekerja pada suatu irisan bidang longsor berbentuk nonsirkular menurut Morgenstern & Price. Cara ini sekaligus cara keseimbangan gaya – gaya dan momen yang bekerja dengan memperhitungkan gaya –gaya yang bekerja anatar irisan (Interslices). Insklinasi gaya samping dianggap berbeda- beda secara linier untuk setiap irisan (Interslice). Sesuai dengan bidang longsor bukan busur lingkaran. Sesuai untuk tanah dan batuan, untuk tegangan –

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

51

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

tegangan total dan efektif perlu pengalaman dalam menasumsi fungsi gaya – gaya samping.

Gambar 5.9. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Suatu Irisan Bidang Longsor Non-Sirkular Cara Morgenstern & Price e) Spencer Gaya-gaya yang bekerja pada suatu irisan bidang longsor berbentuk nonsirkular menurut Spencer. Gaya gaya antar irisan dianggap pararel berdasarkan keseimbangan gaya – gaya dan momen, cara ini cukup teliti sesuai untuk bidang longsor berbentuk busur atau non busur, perlu bantuan computer.

Gambar 5.10. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Suatu Irisan Bidang Longsor Berbentuk Non-Sirkular Menurut Spencer

f)

Cara baji (wedges method) Gaya-gaya yang bekerja pada suatu irisan bidang longsor berbentuk baji (wedges).

52

-

Sesuai untuk bidang longsor bukan busur (Biplanar atau Triplanar).

-

Cocok untuk batuan atau tanah dengan profil tertentu.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

-

Perlu perhatian terhadap penentuan inklinasi Gaya – gaya antar wedge/ blok, terutama pada bidang longsor dalam dengan tekanan air pori yang tinggi.

Gambar 5.11. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Suatu Irisan Bidang Longsor Berbentuk Baji g) Bidang longsor non-sirkular lainnya Di bawah adalah gaya-gaya yang bekerja pada

beberapa bidang

kelongsoran berbentuk non-sirkular.

Gambar 5.12. Bidang Keruntuhan Non-Sirkular Sepanjang Lapisan Lempung Lunak

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

53

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Gambar 5.13. Bidang Keruntuhan Non-Sirkular Melalui Sisipan Tipis Pasir Bertekanan 5.2.3 Cara Keseimbangan Batas Dalam metode ini, estimasi kualitatif untuk faktor keamanan dapat diperoleh dengan memeriksa kondisi keseimbangan bila pola longsoran atau keruntuhan telah ditentukan, dan membandingkan kuat geser tersedia dengan gaya geser tanah yang bekerja. Jadi faktor keamanan ditentukan sebagai rasio dari kuat geser total tersedia pada bidang longsor atau keruntuhan terhadap gaya geser total yang bekerja sepanjang bidang longsor atau keruntuhan yang diperlukan untuk mencapai kondisi keseimbangan batas.

Ada beberapa prosedur analisis stabilitas lereng yang dikembangkan berdasarkan metode keseimbangan batas (Limit Equilibrium Method). Masingmasing prosedur mengikuti serangkaian asumsi yang berbeda untuk menentukan masalah stabilitas lereng statik, karena tidak semua prosedur dapat memenuhi semua kondisi keseimbangan.

Prosedur yang diterima untuk analisis stabilitas lereng bendungan urugan harus memenuhi semua kondisi statik, yaitu keseimbangan gaya dan momen. Penggunaan yang baik dari metode-metode ini memerlukan informasi tentang denah (layout) tanah yang berbeda dalam zona tubuh bendungan dan fondasinya, properties tanah berkaitan dengan berat isi dan kuat geser, tekanan air pori, dan bidang longsor. Massa longsor dibagi atas potongan atau 54

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

segmen (slices) untuk memperhitungkan dengan memadai pada kondisi properties tanah yang berbeda dan kondisi tekanan air pori yang terkait.

Hal yang harus diperhatikan adalah menggunakan data sifat properties tanah yang memadai. a) Bila tekanan air pori diperhitungkan secara eksplisit,maka :  Berat isi tanah harus merupakan berat isi efektif  Kuat geser tanah harus berkaitan dengan parameter kekuatan tegangan efektif,  Informasi tekanan air pori harus tersedia. b) Bila tekanan air pori diperhitungkan secara implisit, maka :  Berat isi tanah harus merupakan berat isi total  Kekuatan geser tanah harus berkaitan dengan parameter kekuatan tegangan total, dan  Informasi tekanan air pori tidak digunakan. 5.2.4 Pemilihan Bidang Longsor Pemilihan bidang longsor berkaitan dengan bentuk dan lokasinya akan diuraikan berikut ini. a) Bentuk bidang longsor Tiga bentuk bidang longsor yang biasa digunakan adalah: 1) Bentuk lingkaran 2) Bentuk bukan lingkaran atau bentuk baji (wedge) 3) Bentuk log-spiral.

Keruntuhan longsor bentuk lingkaran telah diamati dalam deposit tanah homogen. Bidang keruntuhan longsor bukan lingkaran atau baji telah diamati dalam deposit tanah non homogen. Secara analitik, bidang longsor bentuk log-spiral dalam deposit tanah homogen diperhitungkan dengan memberikan faktor keamanan lebih rendah daripada bidang longsor lingkaran.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

55

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Oleh karena itu, dalam analisis bendungan urugan, semua bentuk bidang longsor harus dicoba untuk menempatkan pola sepanjang keruntuhan longsoran yang mungkin terjadi.

Pemilihan geometri bidang longsor yang potensial dalam analisis stabilitas lereng dengan metode keseimbangan batas harus dilakukan dengan pertimbangan yang hati-hati. b) Lokasi bidang longsor Keruntuhan lereng diamati pada : 1) Lereng hilir bendungan 2) Lereng udik bendungan selama kondisi surut air waduk Perkembangan berbagai ketidakstabilan lereng dari keruntuhan setempat pada kaki bendungan sampai keruntuhan besar meliputi material puncak bendungan dan fondasinya. Oleh karena itu, yang terpenting adalah menganalisis bidang longsor setempat sampai ke kaki bendungan, bidang longsor berukuran sedang yang meliputi 1/2 sampai 3/4 bagian dari lereng bendungan, dan bidang longsor besar yang meliputi satu lereng, puncak bendungan, dan lereng berlawanan. 5.2.5 Analisis Keseimbangan Batas Metode analisis dengan cara keseimbangan batas adalah cara analisis yang paling praktis dalam desain bendungan. Beberapa cara yang sering digunakan dapat diperiksa pada Tabel 5.2. Hasil analisis biasanya dinyatakan dalam faktor keamanan FK, yang dinyatakan sebagai berikut: FK =

Kuat geser (shear strength ) Tegangan geser (shear stress ) S

dengan: FK = S  , aman



………………………..

[5.24]

 1 aman ; atau

S < , tidak stabil

56

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Tabel 5.2. Analisis Stabilitas Dengan Cara Keseimbangan Batas Metode Bishop termodifikasi (1955)

Program Mstabl, Mstab, Slope-w, Stabl-g , Sb-slope, Stablgm

Karakteristik Hanya bidang runtuh lingkaran, memenuhi keseimbangan momen, tidak memenuhi keseimbangan gaya-gaya horisontal dan vertikal.

Force Equilibrium (Lowe dan Karafiat, 1960 dan US Corps Of Engineers 1970)

Utexas2, Utexas3, Slope-w

Segala bentuk bidang runtuh, tidak memenuhi keseimbangan momen, memenuhi keseimbangan gaya-gaya horisontal dan vertikal.

Janbu’s Generalized Procedure (Janbu, 1968)

Stabl-g,

Segala bentuk bidang runtuh, memenuhi segala kondisi keseimbangan, lokasi gaya samping dapat divariasi.

Morgenstern and Price’s, (1965)

Slope-w

Segala bentuk bidang runtuh, memenuhi segala kondisi keseimbangan, lokasi gaya samping dapat divariasi.

Spencer’s (1967)

Mstab, Slope-w,

Segala bentuk bidang runtuh, memenuhi segala kondisi keseimbangan, lokasi gaya samping dapat divariasi.

Sb-slope, Sstab2

5.2.6 Strategi Analisis Stabilitas Lereng Program komputer telah tersedia untuk berbagai prosedur analisis termasuk metode-metode yang disederhanakan, dimana gaya-gaya lateral pada sisi potongan atau segmen (slices) diabaikan (A. W. Bishop, 1955). Metode simplifikasi lebih menguntungkan bila terdapat banyak bidang longsor yang harus dianalisis untuk menempatkan bidang yang paling kritis. Akan tetapi, setelah bidang longsor kritis ditentukan, maka yang paling baik adalah melakukan analisis stabilitas menggunakan arah gaya-gaya yang memadai pada sisi-sisi potongan dan membuat plotting poligon gaya untuk setiap potongan. Plotting seperti itu sangat diperlukan bagi para engineer untuk mengkaji ulang solusi dengan alasan tertentu. Pemeriksaan secara grafik ini dapat menggantikan pemeriksaan secara numerik pada keseimbangan statik gaya-gaya pada setiap potongan atau segmen.

Untuk material non kohesif, bidang longsor kritis adalah bidang pada kedalaman dangkal sejajar dengan bidang permukaan bendungan. Untuk material kohesif, bidang longsor kritis adalah bidang lingkaran pada PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

57

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

kedalaman dalam. Bila lapisan material lunak berada dalam tubuh dan fondasi bendungan, maka bidang longsor kritis adalah berbentuk baji dengan bagian bidang longsor yang besar terletak di lapisan lemah pada kedalaman dangkal. 5.2.7 Langkah-Langkah Dasar Dalam Analisis Keseimbangan Batas Langkah-langkah dasar dalam analisis keseimbangan batas adalah sebagai berikut : a) Pilih potongan melintang bendungan urugan untuk analisis stabilitas lereng statik. Pada umumnya, potongan itu merupakan potongan maksimum. b) Gambarkan potongan melintang bendungan dan termasuk batas-batas material tubuh bendungan dan fondasinya. c) Beri tanda data tekanan air pori dan/atau estimasi garis freatik. Termasuk data kuat geser untuk setiap material pada kondisi pembebanan yang bersangkutan. d) Gambarkan bidang longsor sepanjang mana analisis stabilitas lereng statik perlu dilakukan. e) Persiapkan data input yang diperlukan dalam program komputer sesuai dengan instruksi penggunaan. f)

Masukkan data input dari langkah 5 untuk proses analisis komputer.

5.2.8 Hasil Analisis Hasil analisis stabilitas lereng dengan menggunakan metode keseimbangan batas adalah faktor keamanan, tegangan normal dan tegangan geser yang bekerja sepanjang bidang longsor, dan tegangan normal dan tegangan geser yang

bekerja

sepanjang

batas

antara

potongan

elemen

(interslice

boundaries). Sebelum memperoleh faktor keamanan terhitung, hasil analisis harus

diperiksa

beserta

alasannya,

yaitu

tegangan

normal

tidak

menunjukkan tarikan melintang atau memotong bidang longsor, arah-arah tegangan geser konsisten dengan arah dari pergerakan longsor yang mungkin terjadi, dan resultante gaya-gaya interslice berada di dalam massa longsor.

58

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Akan tetapi, magnitudo atau besaran tegangan-tegangan ini tidak sama, seperti yang diperoleh dalam analisis elemen hingga, sebab pergerakan alami tanah diabaikan dalam metode keseimbangan batas. Penentuan Parameter Bahan Timbunan Untuk Analisis Stabilitas Lereng

Tabel 5.3. Ikhtisar Pengujian Bahan Urugan Tanah Untuk Penentuan Parameter Desain Untuk Analisis Stabilitas Lereng No 1

Material Timbunan tanah

Jenis uji

Standar

Parameter

Kegunaan

Sifat fisik : SNI 03-19651990 SNI 03-19641990

wn (%) Gs atau s = w x Gs

Menghitung dr n = dr (1+wn/100) Menghitung e, n dan sat e = dr / s n /100 = 1- dr / s sat = dr + w (n/100)

Berat volume (tak terganggu) Gradasi

SNI 03-36371994

n

Menghitung dr

ASTM D 2217 SNI 03-34231994

% butir < no.200 % butir < 2  D10 , D15 , D30 , D50 , D85

Batas cair

SNI 03-19671990 SNI 03-19661990

wl (%)

Klasifikasi dan dapat digunakan untuk menghitung koef. permeabilitas, desain bahan saringan dan menghitung Uc = D60 / D10 (Koef. uniformiti) Cc = (D30)2/(D10xD60) (Koef. kurvatur) Klassifikasi, korelasi

wp (%)

Klassifikasi dan korelasi, menhitung Ip = wl-wp (indeks plastisitas) LI = (wn – wp) / Ip (Indeks likuiditas) Ic = (wl – wn) / Ip (indeks konsisitensi) A = Ip/(% < 2 ) (rasio aktivitas)

SNI 03-34221994

ws (%)

Untuk menghitung pengembangan

SNI 03-17421989

Hubungan w- dr diperoleh OMC dan MDD

Menentukan dr-lap dan wlap dengan D  90-100 % dan

Kadar air asli Berat jenis

Batas plastis

Batas susut

Karakteristik Mekanis. Pemadatan standar

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

59

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

No

Material

Jenis uji

Standar

Parameter

Kegunaan OMC-2 wlap  OMC + 3% D =dr-lap / MDD = 0.95 dr-lap = 0.95 MDD wlap = OMC + 3% lap =dr-lap (1+ wlap /100) n /100 = 1- dr-lap / s sat = dr-lap + w (n/100)

2

60

Pasir Kerikil

Uji triaxial standar UU, CU

SNI 03-48131998 SNI 03-24551991

Uji permeabilitas standar

SNI 03-24351991

Uji konsolidasi

SNI 03-28121992

Uji dispersif

SNI 03-34051994

Pengujian dilakukan pada wlap dan lap hasil perhitungan pada hasil pemadatan standar Hasil berupa u , cu , ’cu , c’cu Pengujian dilakukan pada wlap dan lap hasil berupa nilai K (koefisien permeabilitas) Pengujian dilakukan pada wlap dan lap hasil berupa nilai Cc , Es , Cv Penentuan tingkat dispersi tanah .

Analisis stabilitas dan dapat dihitung modulus elastisitas yaitu hubungan antara E50 dengan 3 .Dapat digunakan untuk analisis dengan cara elemen hingga.

Analisis rembesan air

Analiisis penurunan.

Bila dispersif sebaiknya tidak digunakan . Namun bila tetap digunakan harus di stabilisasi atau filter harus baik

Sifat fisik : Kadar air asli

SNI 03-19651990

wn (%)

Berat jenis

SNI 03-19641990

Gs atau s = w x Gs

Menghitung dr dr = n (1+wn/100) Menghitung e , n dan sat e = dr / s n /100 = 1- dr / s sat = dr + w (n/100)

Berat volume (tak terganggu) Gradasi

SNI 03-36371994

n

Menghitung dr

ASTM D 2217 SNI 03-34231994

% butir < no.200 % butir < 2  D10 , D15 , D30 ,

Klasifikasi dan dapat digunakan untuk menghitung koef. permeabilitas , desain

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

No

Material

Jenis uji

Karakteristik Mekanis Kepadatan relatif maksimum dan minimum

Uji triaxial standar UU, CU Atau uji geser langsung UU , CD

Uji permeabilitas standar

Standar

ASTM D-4253 ASTM D-4254

SNI 03-48131998 SNI 03-24551991 SNI 03-34201994 SNI 03-28131992

SNI 03-24351991

Parameter

Kegunaan

D50 , D85

bahan saringan dan menghitung Uc = D60 / D10 (Koef. uniformiti) Cc = (D30)2/(D10xD60) (Koef. kurvatur)

d-min dan d-maks Dr kepadatan relatif harus ditentukan harus  70%

Menentukan dr-lap dan wlap dengan D  70 % dan wlap = wn Dr = [d-maks (dlap-d-min)] / [dlap(d-maks - d-min)] = 0.70 Dari persamaan diatas diperoleh dr-lap

Pengujian dilakukan pada wlap dan lap hasil perhitungan pada hasil pemadatan standar Hasil berupa u , cu , ’cu , c’cu Pengujian dilakukan pada wlap dan lap hasil berupa nilai K (koefisien permeabilitas)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

lap =dr-lap (1+ wlap /100) n /100 = 1- dr-lap / s sat = dr-lap + w (n/100) Analisis stabilitas dan dapat menghitung modulus elastisitas yaitu hubungan antara E50 dengan 3 .Dapat digunakan untuk analisis dengan cara elemen hingga.

Analisis rembesan air

61

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

5.3

Latihan 1. Analisis Stabilitas Lereng Bendungan Urugan PERHITUNGAN STABILITAS LERENG menurut BISHOP (lihat gambar A.1 dan Tabel A.1) Lereng terdiri dari tanah homogen dengan sifat-sifat tanah sebagai berikut : γ = 1, 7 gm/cm3 ; c’ = 0,15 kg/cm2 ; Φ’ = 36o. Dalam lereng terdapat air yang merembes ke arah kaki lereng dengan flow net seperti diperlihatkan pada gambar A.1. Hitung faktor keamanan stabilitas lereng bendungan terhadap longsoran! 2. PERHITUNGAN STABILITAS LERENG menurut FELLENIUS

(lihat

gambar A.2 dan tabel A.3) Lereng terdiri dari tanah homogen dengan sifat-sifat tanah sbb : γ = 20 kN/m3 ; c’ = 10 kN/m2 ; Φ’ = 29o. Dalam lereng terdapat air yang merembes ke arah kaki lereng dengan flow net seperti diperlihatkan pada gambar A.3. Hitung faktor keamanan stabilitas lereng ! 3. PERHITUNGAN STABILITAS LERENG dengan bidang longsor translasi (lihat gambar A.4) Sistematika prosedur perhitungan stabilitas dengan bentuk bidang longsor translasi sebagai berikut :

a. Hitung tegangan tanah ( σ ) : σ = γsat z cos2 β b. Hitung tegangan geser tanah ( δ ) : δ = γsat z sin β cos β. c. Hitung tekanan air pori tanah ( u ) : u = γw z cos2 β d. Hitung tahanan geser tanah ( δf ) : δf = c’ + (σ - u ) tan Φ’. e. Hitung faktor keamanan (FK) : FK = δf / δ .

Diketahui kemiringan lereng alami menerus dari lempung keras dengan sudut β = 120 terhadap horisontal. Muka air tanah dan rembesan sejajar dengan lereng permukaan tanah (lihat gambar). Tinggi longsoran 5 meter, berat isi lempung jenuh air = 20 kN/m3; kuat geser puncak tanah c’ = 10 kN/m2; dan Φ’ = 260 ; kuat geser residu cr’ = 0 ; dan Φr’ = 180 . Tentukan faktor keamanan sepanjang bidang longsor (a) dengan parameter kuat geser puncak, (b) dengan parameter kuat geser residu. 62

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Dengan muka air pada permukaan m=1, pada setiap titik di bidang longsor.

5.4

Rangkuman Parameter penting yang digunakan dalam analisis kestabilan lereng adalah kuat geser tanah (batuan). Kuat geser tanah (batuan) terdiri atas : a. Bagian yang bersifat kohesif yang bergantung pada jenis tanah (batuan) dan ikatan butir tanah. b. Bagian yang bersifat gesekan yang sebanding dengan tegangan efektif yang bekerja pada bidang geser. Analisis kestabilan lereng didasarkan pada mekanisme longsor suatu benda yang terletak pada bidang longsor yaitu : R/T < 1 benda akan bergerak R/T = 1 benda dalam keadaan seimbang R/T > 1 benda akan diam. R = gaya geser T = gaya tangensial ( gaya tahan ) Analisis kestabilan lereng dapat dilakukan dengan berbagai cara. Pada umumnya dapat dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu: 1. pengamatan visual, 2. penggunaan komputasi, 3. penggunaan grafik.

Metode analisis stabilitas lereng bendungan urugan dapat dilakukan dengan 2 cara sebagai berikut: 1. Metode analisis dengan cara keseimbangan batas, dan 2. Metode

analisis

dengan

cara

elemen

hingga

yang

memenuhi

keseimbangan statis dalam setiap elemen. Analisa Stabilitas Lereng dapat dilakukan dengan menggunakan : 1. pengamatan secara visual di lapangan tanpa melakukan penyelidikan baik di lapangan maupun di laboratorium. 2. Analisis berdasarkan Komputasi yang terdiri atas : PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

63

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

a. Metode Fellenius b. Metode Modified Bishop c. Metode Janbu d. Metode Morgenstern and Price e. Metode Spencer Pemilihan metode mana yang akan dipilih harus disesuaikan dengan kondisi lereng yang akan dianalisa,apakah bidang Longsor yang diperkirakan terjadi akan berupa Lingkaran, wedge atau bentuk lainnya.

Pemilihan bidang longsor. Pemilihan bidang longsor berkaitan dengan bentuk dan lokasinya adalah : 1. Bentuk Lingkaran 2. Bentuk bukan lingkaran atau bentuk baji (wedge) 3. Bentuk log-spiral

Hal yang harus diperhatikan dalam menggunakan data sifat properties tanah yang memadai adalah : 1. Bila tekanan air pori diperhitungkan secara eksplisit,maka : a. Berat isi tanah harus merupakan berat isi efektif b. Kuat geser tanah harus berkaitan dengan parameter kekuatan tegangan efektif, c. Informasi tekanan air pori harus tersedia. 2. Bila tekanan air pori diperhitungkan secara implisit, maka : a. Berat isi tanah harus merupakan berat isi total b. Kekuatan geser tanah harus berkaitan dengan parameter kekuatan tegangan total, dan c. Informasi tekanan air pori tidak digunakan.

64

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

5.5

Evaluasi 1. Parameter penting yang digunakan dalam analisis kestabilan lereng adalah kuat geser tanah (batuan) yang terdiri atas….. a. Kohesi dan kadar air b. Kohesi dan sudut geser dalam c. Sudut geser dalam dan kadar air d. Kohesi dan tekanan air pori 2. Metode analisis stabilitas lereng bendungan urugan dapat dilakukan dengan 2 cara sebagai berikut….. a. Metode analisis dengan cara keseimbangan batas, dan metode manual b. Metode analisis dengan cara elemen hingga yang memenuhi keseimbangan statis dalam setiap elemen dan metode manual c. Metode analisis dengan cara keseimbangan batas, dan Metode analisis dengan cara elemen hingga yang memenuhi keseimbangan statis dalam setiap elemen d. Metode Analisa Batas dan Metode manual 3. Pemilihan bidang longsor berkaitan dengan bentuk dan lokasinya adalah….. a. Bentuk Lingkaran b. Bentuk bukan lingkaran atau bentuk baji (wedge) c. Bentuk log-spiral d. Ketiga jawaban diatas benar

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

65

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

66

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

BAB VI

PENUTUP 6.1

Simpulan Perencanaan suatu bendungan tipe urugan yang menampung air dalam volume

yang

besar,

wajib

memperhitungkan

faktor-faktor

keamanan,

kestabilan dan kekuatan lereng, rembesan air, daya dukung, penurunan, gempa, hidraulik, sosial ekonomi, dan lingkungan.

Ketidakstabilan lereng adalah salah satu bentuk masalah stabilitas untuk bendungan urugan. Kondisi lainnya yang membahayakan stabilitas bendungan urugan

adalah

deformasi

berlebihan,

tegangan

berlebihan,

limpasan

(overtopping), dan erosi internal.

Dalam melakukan analisa Stabilitas tubuh Bendungan diperlukan data yang memadai.Pada prinsipnya data terbagi atas dua bagian yaitu: 1. Pengumpulan data dasar, meliputi peta topografi, peta geologi, foto udara, dan lain-lain misalnya peta tata guna lahan, serta kegiatan konstruksi pada masa lalu. 2. Pengujian

(kalibrasi)

data

terkumpul,

yang

diperlukan

untuk

membandingkan dan memeriksa kebenaran dan akurasi data dengan kondisi sesungguhnya di lapangan atau mencari kaitan yang logis dengan data terkumpul.

Penampang Geoteknik yang akan dipilih untuk dianalisa sangat menentukan keberhasilan

dalam

melakukan

Analisa

Stabilitas

lereng

dari

tubuh

Bendungan. Penampang dibuat di sepanjang as Bendungan dan as bangunan pelengkap lainya dengan menggunakan peta geoteknik, peta topografi dan profil bor.

Metode Kekuatan Geser yang digunakan dalam analisa Stabilitas lereng tubuh Bendungan dapat menggunakan konsep Kekuatan Geser Total atau Kekuatan

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

67

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Geser Efektif,bergantung pada kondisi yang akan dievaluasi sesuai dengan kebutuhan dan dapat dilihat pada Tabel 3.1

Pengaruh besarnya Tekanan Air Pori harus ditinjau sesuai dengan kondisi yang diperlukan, apakah dalam kondisi aliran air langgeng, kondisi operasional ataukah pada kondisi darurat.

Pemilihan kondisi pembebanan berhubungan dengan penentuan elevasi muka air waduk untuk analisis stabilitas, yaitu 1. Kondisi masa konstruksi 2. Kondisi aliran langgeng 3. Kondisi operasional 4. Kondisi darurat.

Faktor keamanan untuk analisis stabilitas lereng, didefinisikan sebagai

rasio

dari total tahanan geser tanah yang diperkenankan terhadap tegangan geser tanah yang bekerja.

Faktor keamanan minimum untuk desain stabilitas lereng terutama ditentukan berdasarkan pertimbangan faktor-faktor pengawasan terhadap tekanan air pori dan asumsi besarnya kuat geser material.

Untuk analisa stabilitas lereng tubuh Bendungan pada kondisi setelah selesai pembangunan dapat dilakukan berdasarkan Konsep Tegangan Total atau pun Konsep Tegangan Efektif,sedangkan pada kondisi lainnya, analisa yang dilakukan harus berdasarkan Konsep Tegangan Efektif.

Besarnya Syarat untuk Faktor Keamanan Minimum ditentukan oleh kondisi pembebanan yang ditinjau dan kondisi saat terjadi gempa atau tidak.

Pemilihan parameter kuat geser tanah yang sesuai dan penggunaannya yang benar dalam analisis stabilitas pada umumnya sangat penting dibandingkan metode analisis stabilitas yang digunakan. 68

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Kadang2 analisis stabilitas bendungan urugan dan fondasinya dilakukan menggunakan nilai2 estimasi terhadap properties materialnya. Estimasi untuk nilai properties material terkait didasarkan pada Laporan uji laboratorium yang lalu dari studi proyek terkait atau berdasarkan pengalaman dalam uji material yang sama pada bendungan lain.

Sumber dan data kuat geser dapat diperoleh dari pengalaman berdasarkan data geologi lokal dan hasil uji laboratorium untuk material yang sama (pada masa persiapan), uji geser lapangan dan uji geser laboratorium

Kondisi pembebanan yang biasanya dievaluasi untuk analisis stabilitas lereng, adalah pada kondisi selesai dan selama konstruksi berlangsung,aliran langgeng,operasional waduk ,dan surut cepat. Parameter kuat geser material yang digunakan di dalam analisis harus memberikan gambaran tentang perilaku material pada tiap kondisi pembebanan.

Pembebanan pada setiap kondisi dapat dianalisis dengan menggunakan konsep kuat geser total / analisa efektif/

analisa

tegangan

efektif.

tegangan total atau konsep kuat geser Penentuan

parameter

desain

yang

digunakan harus disesuaikan dengan jenis uji yang dilakukan apakah UU (Unconsolidated Undrained),CU (Consolidated

Undrained) ataukah CD

(Consolidated Drained).

Untuk menentukan besarnya pengaruh Tekanan air pori, dapat

dilakukan

dengan menggambarkan garis freatik berdasarkan beberapa metode yaitu teori Casagrande, Pavlovsky dll, metode grafis menggunakan jaring aliran dan model analog, metode

numerik, metode pengukuran lapangan dengan

instrumen Piezometer, atau dengan metode Hilf.

Parameter penting yang digunakan dalam analisis kestabilan lereng adalah kuat geser tanah (batuan). Kuat geser tanah (batuan) terdiri atas : 1. Bagian yang bersifat kohesif yang bergantung pada jenis tanah (batuan) dan ikatan butir tanah.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

69

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

2. Bagian yang bersifat gesekan yang sebanding dengan tegangan efektif yang bekerja pada bidang geser. S Analisis kestabilan lereng didasarkan pada mekanisme longsor suatu benda yang terletak pada bidang longsor yaitu : R/T < 1 benda akan bergerak R/T = 1 benda dalam keadaan seimbang R/T > 1 benda akan diam. R = gaya geser T = gaya tangensial (gaya tahan)

Analisis kestabilan lereng dapat dilakukan dengan berbagai cara. Pada umumnya dapat dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu: 1. Pengamatan visual, 2. Penggunaan komputasi, 3. Penggunaan grafik.

Metode analisis stabilitas lereng bendungan urugan dapat dilakukan dengan 2 cara sebagai berikut: 1. Metode analisis dengan cara keseimbangan batas, dan 2. Metode

analisis

dengan

cara

elemen

hingga

yang

memenuhi

keseimbangan statis dalam setiap elemen.

Analisa Stabilitas Lereng dapat dilakukan dengan menggunakan : 1. Pengamatan secara visual di lapangan tanpa melakukan penyelidikan baik di lapangan maupun di laboratorium. 2. Analisis berdasarkan Komputasi yang terdiri atas : a. Metode Fellenius b. Metode Modified Bishop c. Metode Janbu d. Metode Morgenstern and Price e. Metode Spencer

70

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Pemilihan metode mana yang akan dipilih harus disesuaikan dengan kondisi lereng yang akan dianalisa,apakah bidang Longsor yang diperkirakan terjadi akan berupa Lingkaran, wedge atau bentuk lainnya.

Pemilihan bidang longsor berkaitan dengan bentuk dan lokasinya adalah : 1. Bentuk Lingkaran 2. Bentuk bukan lingkaran atau bentuk baji (wedge) 3. Bentuk log-spiral

Hal yang harus diperhatikan dalam menggunakan data sifat properties tanah yang memadai adalah : 1. Bila tekanan air pori diperhitungkan secara eksplisit,maka : a. Berat isi tanah harus merupakan berat isi efektif b. Kuat geser tanah harus berkaitan dengan parameter kekuatan tegangan efektif, c. Informasi tekanan air pori harus tersedia. 2. Bila tekanan air pori diperhitungkan secara implisit, maka : a. Berat isi tanah harus merupakan berat isi total b. Kekuatan geser tanah harus berkaitan dengan parameter kekuatan tegangan total, dan c. Informasi tekanan air pori tidak digunakan. 6.2

Tindak Lanjut Untuk lebih memahami secara komprehensif,peserta agar mempelajari pula modul-modul penting lainnya yang berkaitan dengan materi ini, Standar Nasional

Indonesia

(SNI),pedoman-pedoman

terkait

dengan

survei,

investigasi, desain, konstruksi, operasi dan pemeliharaan Bendungan.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

71

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

DAFTAR PUSTAKA Bharat Singh and Sharma, H.D. (1976), “Earth and Rockfill Dams”, Sarita Prakashan, Nauchandi Meerut, India, June 1976 Bureau of Reclamation (1977), “Design of Small Dams”, Denver Colorado, 1977. Bureau of Reclamation (1987), “Static Stability Analysis”, Design Standards Embankment Dams No.13, United States Dept. of The Interior, Bureau of Reclamation, Engineering and Research Center, Denver Colorado, August 1987. Casagrande, A. (1940), “Seepage Through Dams”, Contribution to Soil Mechanics 1925-1940, Boston Society of Civil Engineers, Boston, Mass., 1940, pp 295336. Geosoft (1992), “Stabl/G-Slope Stability Analysis Simplified Janbu, Simplified Bishop or Spencer’s Method of Slices”, An Engineering Analysis Program for Geotechnical Engineers, 1442 Lincoln Avenue Suite 146. Orange, Ca 92665. USDA (714) 496-8861, Copyright 1992 Geosoft. Geo-slope (1995), “User’s Guide-Slope/W for Slope Stability Analysis Version 3”, Geoslope International Ltd, Calgary, Alberta, Canada. Hilf, J.W. (1961), “Estimating Pore Water Pressure in Earth EmbankmentsConstruction Stage”, Design Notes on Earth Dams, Bo.2 Bureau of Reclamation, Denver, May 1961. Karpoff, K.P. (1954), “Pavlosky’s Theory of Phreatic Line and Slope Stability”, American Society of Civil Engineers, No.386, Jan.1954. Najoan, Th. F. (1993), “Sifat-sifat teknis bahan timbunan tanah di Indonesia”, Jurnal Penelitian dan Pengembangna Pengairan No.29-TH KWIII, 1993. Suyono Sosrodarsono and Kansaku Takeda, Editor (1977), “Bendungan Type Urugan”, PT Pradnya Paramita Jakarta, 1977

72

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Vermeer, P.A. and Brinkgreve, R.B.J., (1995), “Plaxis Finitr Element Code For Soil and Rock Anaysis”, A.A Balkema, Rotterdam, Brookfield, 1995.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

73

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

GLOSARIUM Aliran

: Aliran yang melewati media porus di dalam zone dengan takanan air pori positif dibawah garis freatik ; aliran jenuh biasanya terjadi akibat gradien hidraulik pengaruh gravitasi air waduk di udik bendungan dan daerah keluaran air di hilir bendungan

Garis freatik

: Garis aliran air yang berhubungan dengan bidang imajiner dalam tubuh dan/atau fondasi bendungan,yang tekanan air porinya sama dengan tekanan atmosfer

Rembesan air

: Semua gerakan air dari waduk melewati tubuh dan fondasi bendungan yang merupakan fungsi dari waktu,dan termasuk aliran melewati media porus,rekahan,dan saluran kecil.

Tekanan air pori

: Tekanan air dalam rongga butiran tanah yang berhubungan satu dengan lainnya di dalam tubuh dan fondasi bendungan,baik tekanan air pori positif (> tekanan atmosfer) yang terjadi karena pengaruh gravitasi maupun tekanan air pori negatif ( suction) karena pengaruh isapan permukaan

Muka air maksimum

waduk : Elevasi muka air yang diijinkan dan ditentukan terhadap tinggi jagaan minimal yang telah disepakati

Muka air waduk minimum

: Elevasi muka air waduk yang merupakan puncak permukaan air pada kapasitas konservasi inaktif

Muka air waduk normal

: Elevasi muka air waduk pada kondisi eksploitasi normal dan merupakan puncak permukaan air pada kapasitas koservasi aktif

Ambang

: Elevasi mercu pelimpah

Bendungan

: Bangunan yang berupa urugan tanah,urugan batu,beton, dan/atau pasangan batu yang dibangun selain untuk menahan dan menampung air,dapat pula dibangun untuk menahan dan menampung limbah tambang (tailing),atau menampung lumpur sehingga terbentuk waduk

74

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Bendungan tipe urugan

: Bendungan yang terbuat dari bahan urugan dari borrow area yang dipadatkan dengan menggunakan vibrator roller atau alat pemadat lainnya pada setiap hamparan dengan tebal tertentu

Bendungan tipe urugan : Bendungan urugan batu digolongkan dalam tipe batu dengan membran membran apabila lereng udik tubuh bendungan dilapisi membran baja tahan karat,beton aspal,lembaran beton bertulang,dan susunan beton blok Bendungan tipe urugan : Suatu bendungan urugan digolongkan dalam tipe tanah homogen homogen,apabila bahan yang membentuk tubuh bendungan tersebut terdiri atas tanah yang hampir sejenis dengan klasifikasi hampir homogen (dari borrow area) dan dipadatkan secara mekanik dengan menggunakan vibrator roller atau alat lainnya pada setiap hamparan dengan tebal tertentu Daerah fondasi

: Dasar lembah tempat tubuh bendungan dan bangunan lainnya ditempatkan

Dinding halang (cut off : Dinding atau penyekat air yang berfungsi wall) mengendalikan rembesan air melewati fondasi Pelimpah

: Bagian komponen bendungan untuk melimpahkan air kelebihan dari debit banjir desain

Tubuh bendungan

: Bagian bendungan yang menahan,menampung dan meninggikan air yang berdiri diatas fondasi bendungan

Waduk

: Wadah yang dapat menampung air baik secara alamiah maupun buatan karena dibangunnya bendungan

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

75

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

KUNCI JAWABAN A. Latihan Materi Pokok 1: Data Geoteknik dan Penentuan Metode Kuat Geser 1. Apakah kegunaan dari dilakukannya Kaliberasi data terkumpul? Jawaban: Pengujian

(kalibrasi)

data

terkumpul,yang

diperlukan

untuk

membandingkan dan memeriksa kebenaran dan akurasi data dengan kondisi sesungguhnya di Lapangan atau mencari kaitan yang logis dengan data terkumpul.

2. Sebutkan apa yang dimaksud dengan Konsep Tegangan Total! Jawaban: Konsep Tegangan Total adalah suatu konsep dalam Metode Kekuatan Geser yang tidak menperhitungkan pengaruh tekanan air pori dalam uji laboratorium yang mendekati kondisi di lapangan.

3. Sebutkan asumsi konservatif pada analisis Stabilitas lereng Tubuh Bendungan saat kondisi surut cepat (rapid drawdown)! Jawaban: Asumsi konservatif adalah seperti berikut ini: a. Disipasi tekanan air pori pada material kedap air tidak terjadi selama surut cepat b. Garis freatik dianggap identik dengan garis freatik pada kondisi aliran langgeng.

B. Evaluasi Materi Pokok 1: Data Geoteknik dan Penentuan Metode Kuat Geser 1. A 2. B 3. D

76

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

C. Latihan Materi Pokok 2: Kondisi Pembebanan dan Keamanan 1. Jelaskan faktor – faktor yang harus diperhitungkan dalam desain Bendungan! Jawaban: Faktor-faktor yang harus diperhitungkan dalam desain bendungan meliputi: topografi, bahan konstruksi, fondasi, bangunan pelengkap, luas dan volume tampungan waduk, dan gejala lain yang dapat menimbulkan masalah. 2. Sebutkan kondisi pembebanan yang harus ditinjau pada saat melakukan analisa Stabilitas Lereng Tubuh Bendungan! Jawaban: Kondisi pembebanan yang harus ditinjau adalah saat : a. Kondisi masa konstruksi b. Kondisi aliran langgeng c. Kondisi operasional d. Kondisi darurat. 3. Untuk kondisi aliran langgeng pada elevasi muka air waduk normal, harus diperhitungkan faktor keamanan minimum sebesar 1,5. Berikan alasannya! Jawaban: Hal ini disebabkan untuk mengantisipasi pengaruh ketidakpastian kuat geser material, tekanan air pori di dalam material kedap air, dan pembebanan jangka panjang, serta keruntuhan lereng hilir dan pelepasan air darurat.

D. Evaluasi Materi Pokok 2 : Kondisi Pembebanan dan Keamanan 1. D 2. B 3. A

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

77

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

E. Latihan Materi Pokok 3: Parameter Desain 1. Jelaskan dasar – dasar penentuan nilai estimasi terhadap properties material yang digunakan dalam analisa stabilitas Bendungan Urugan! Jawaban: Estimasi untuk nilai properties material terkait didasarkan pada Laporan uji laboratorium

yang lalu dari studi proyek

terkait

atau berdasarkan

pengalaman dalam uji material yang sama pada bendungan lain. 2. Sebutkan dasar pemilihan pendekatan analisis dari Metode kuat geser total dan efektif ! Jawaban: Pemilihan pendekatan kedua metode diatas didasarkan pada: a. Manfaat penggunaan b. Manfaat pengujian dan pengumpulan data c. Ketersediaan prosedur perhitungan 3. Sebutkan kriteria penentuan pengaruh tekanan air pori yang handal dengan menggunakan hasil pembacaan Piesometer! Jawaban: Kriteria yang harus dipenuhi adalah : a. Terpasang sejumlah piezometer yang pada lokasi-lokasi yang sesuai di dalam fondasi dan tubuh bendungan. b. Pencatatan yang terpercaya dari hasil pembacaan piezometer terkait elevasi muka air waduk yang bersangkutan. Bentuk plotting adalah yang terbaik sehubungan dengan bacaan dan periode waktu. F. Evaluasi Materi Pokok 3: Parameter Desain 1. D 2. D 3. C

78

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

G. Latihan Materi Pokok 4: Konsep Stabilitas Lereng 1. Analisis Stabilitas Lereng Bendungan Urugan PERHITUNGAN STABILITAS LERENG menurut BISHOP (lihat gambar A.1 dan Tabel A.1) Lereng terdiri dari tanah homogen dengan sifat-sifat tanah sebagai berikut: γ = 1, 7 gm/cm3 ; c’ = 0,15 kg/cm2 ; Φ’ = 36o. Dalam lereng terdapat air yang merembes ke arah kaki lereng denganflow net seperti diperlihatkan pada gambar A.1. Hitung faktor keamanan stabilitas lereng bendungan terhadap longsoran! Jawaban: Cara perhitungan dilakukan pada satu lingkaran menurut Bishop sesuai rumus berikut : F = (1/ W sin α)x [Σ {c’b + (W - ub) tan Φ’}] x [sec α / (1+ {(tan Φ’ tan α) /F})] Sistematika prosedur perhitungan sebagai berikut a. Lereng dibagi menjadi sejumlah segmen, dengan batas-batas vertikal (contoh dibagi atas 6 segmen). b. Mengukur lebar b, tinggi h, dan sudut kemiringan dasar α pada setiap segmen,

dan

nilai-nilainya

dimasukkan

ke

dalam

kolom-kolom

perhitungan (tabel B.1). c. Menentukan besarnya tegangan air pori (u) pada dasar setiap segmen, dengan cara u = γw h pada titik B dari garis ekipotensial sampai titik A pada permukaan air (garis aliran atau flow line). d. Menghitung berat masing-masing segmen W = γbh. Setiap segmen dianggap mempunyai tebal satuan pada arah melintang terhadap lereng. Nilai sin α, W sin α, c’ b, ub, dihitung supaya c’ b + (W - ub) tan Φ’ pada setiap segmen dapat ditentukan. e. Mengambil suatu nilai F sebagai percobaan dan menghitung nilai berikut : [sec α / (1 + { (tan Φ’ tan α) / F})] pada setiap segmen. Dalam hal ini, dicoba nilai F = 1,60. f.

Angka-angka pada kolom 13 dan 14 dikalikan, dan dimasukkan pada kolom 15.

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

79

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

g. Nilai-nilai (W sin α) dijumlahkan untuk mendapatkan Σ (W sin α). Demikian juga angka pada kolom 15 dijumlahkan untuk mendapatkan: [Σ {c’b + (W - ub) tan Φ’ }] x [sec α / (1 + { (tan Φ’ tan α) / F})] . h. Perbandingan kedua jumlah ini akan menghasilkan nilai F yang kita cari, yaitu F = 1,49. i.

Kemudian nilai F = 1,49 digunakan untuk mengulangi perhitungan tadi, yaitu pada kolom 14 dan 15 saja. Setelah perhitungan ulangan ini, diperoleh nilai F = 1,47. Nilai ini dapat dianggap sudah cukup tepat dan tidak perlu diulangi lagi karena selisihnya kecil.

Untuk menyelesaikan perhitungan menyeluruh, harus dilakukan perhitungan dengan cara tadi pada lingkaran-lingkaran lain, sehingga akhirnya diperoleh lingkaran dengan nilai F yang terkecil. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu : a. Ketelitian perhitungan dapat diperoleh dengan mengatur segmen lebih banyak, misalnya 8 sampai 10 segmen. b. Menggunakan skala gambar yang cukup besar untuk mendapatkan nilai F yang tepat. c. Apabila lereng tidak terdiri dari tanah homogen, maka berat segmen W harus dihitung dengan menjumlahkan berat dari masing-masing bagian yang berbeda. Nilai kuat geser (c’ dan Φ’) yang digunakan adalah nilainilai pada bidang gelincir yaitu pada dasar segmen. d. Hasil perhitungan ini terutama tergantung pada nilai-nilai γ, c’, Φ’ dan u, yang didapat dari hasil pengujian di lapangan dan di laboratorium. Kesalahan

kecil

dalam

menentukan

nilai-nilai

tersebut

dapat

mempengaruhi banyak nilai F (faktor keamanan).

80

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Contoh Perhitungan Stabilitas Lereng (Cara Bishop) Daftar Isian Perhitungan Stabilitas Lereng (Cara Bishop) b S eg men

m

h s kala

h

W

m

W s inα α

ton

s in α

ton

c 'b ton

u ton/m2

ub ton

W-ub ton

W-ub tg Ø

S ec α 13 x 14

8 + 12 1.75

F = 1

2

3

4

5

1

10

4.2

21

178.5

66

0.913545 163.0679

15

2

20

2.4

12

444

45.5

0.71325

316.6832

30

3.17

15.85

538.9

45.5

0.71325

384.3707

30

3

4

5 6

20

20

20 20

6

7

8

9

10

1 1.85 1.7 0.15 36

1.77

1.75 17

1.77 18

15

16

129.6878 144.6878

1.272247287

1.279222016

148.2147 178.2147

1.002981436

1.006358719

178.746 179.3479

538.9

391.5338 421.5338

1.002981436

1.006358719

422.7905 424.2142

11

12

0

0

178.5

12

240

204

0

0

13

14

184.0787 185.0879

4.5

22.5

832.5

26.5

0.446198 371.4597

30

22.5

450

382.5

277.9025 307.9025

0.925770739

0.927568188

285.0471 285.6006

1.94

9.7

329.8

26.5

0.446198

147.156

30

0

0

329.8

239.6137 269.6137

0.925770739

0.927568188

249.6005 250.0851

5

25

925

10

0.173648 160.6246

30

25

500

425

308.7806 338.7806

0.946162615

0.946892436

320.5415 320.7888

1

5

170

10

0.173648 29.52019

30

0

0

170

123.5122 153.5122

0.946162615

0.946892436

145.2475 145.3596

4.8

24

888

-5

-0.08716

-77.3943

30

24

480

408

296.4294 326.4294

1.041655278

1.041211834

340.0269 339.8821

0.47

2.35

79.9

-5

-0.08716

-6.96374

30

0

0

79.9

58.05075 88.05075

1.041655278

1.041211834

91.71853 91.67948

3

15

277.5

-20.5

-0.35021

-97.1825

30

15

300

-22.5

-16.3472

1.263779005

1.261160541

13.65279

J UML A H 1391.342 Diketahui : ɣair ɣj ɣ c' Ø

F =

ton/m3 g m/c m3 g m/c m3 kg /c m2 °

17.25411 17.21836 J UML A H 2235.051 2239.264 FS 1.6064 1.609428

1.5 ton/m2

J A DI : FS K es impulan :

=

1.609

>

1.5 >>>>>>>> AMAN

Timbunan Aman terhadap Longsor

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

81

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

2. PERHITUNGAN STABILITAS LERENG menurut FELLENIUS

(lihat

gambar A.2 dan tabel A.3) Lereng terdiri dari tanah homogen dengan sifat-sifat tanah sbb : γ = 20 kN/m3 ; c’ = 10 kN/m2 ; Φ’ = 29o. Dalam lereng terdapat air yang merembes ke arah kaki lereng dengan flow net seperti diperlihatkan pada gambar A.3. Hitung faktor keamanan stabilitas lereng! Jawaban: Cara perhitungan dilakukan pada satu lingkaran menurut Fellenius sesuai rumus berikut : F = [ c’ La + { tan Φ’ Σ (W cos α - ul) }] / [ W sin α ]

Sistematika prosedur perhitungan sbb : a. Tentukan

titik

pusat

lingkaran

gelincir/longsor

(O),

dan

bidang

gelincirnya. b. Lereng dibagi menjadi sejumlah segmen, dengan batas-batas vertikal (contoh dibagi atas 8 segmen yang sama). c. Mengukur lebar b, tinggi h, dan sudut kemiringan dasar α pada setiap segmen,

dan

nilai-nilainya

dimasukkan

ke

dalam

kolom-kolom

perhitungan (tabel B.3). d. Menentukan besarnya tegangan air pori (u) pada dasar setiap segmen, dengan cara u = γwh pada titik B dari garis ekipotensial sampai titik A pada permukaan air (garis aliran atau flow line). e. Menghitung berat masing-masing segmen W = γbh. Setiap segmen dianggap mempunyai tebal satuan pada arah melintang terhadap lereng. Nilai-nilai sin α, W sin α, W cos α, c’La, ul dihitung, supaya c’La + tan Φ’ Σ(Wcos α - ul) pada setiap segmen dapat ditentukan, serta nilai ΣWsin α untuk setiap segmen bisa dihitung pula. Kemudian perbandingan kedua bagian rumus dapat dihitung untuk mendapatkan faktor keamanan F.

82

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Analisis setiap segmen secara tabelaris dengan mengisi tabel berikut: Segmen

H (m)

b (m)

α (0 )

γ

W =γhb

Wcosα

Wsinα

….

Σ ….

Σ ….

u

l

ul

Wcosα-ul

Σ..

Σ ..

Σ ….

(kN/m3)

1 2 3 4 5 6 7 8 Σ

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

83

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

84

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Contoh Perhitungan Stabilitas Lereng (Cara Fellenius)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

85

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Contoh Perhitungan Stabilitas Lereng (Longsor Translasi)

86

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

3.

PERHITUNGAN STABILITAS LERENG dengan bidang longsor translasi (lihat gambar A.4) Sistematika prosedur perhitungan stabilitas dengan bentuk bidang longsor translasi sebagai berikut :

Hitung tegangan tanah ( σ ) : σ = γsat z cos2 β Hitung tegangan geser tanah ( δ ) : δ = γsat z sin β cos β. Hitung tekanan air pori tanah ( u ) : u = γw z cos2 β Hitung tahanan geser tanah ( δf ) : δf = c’ + (σ - u ) tan Φ’. Hitung faktor keamanan (FK) : FK = δf / δ .

Diketahui kemiringan lereng alami menerus dari lempung keras dengan sudut β = 120 terhadap horisontal. Muka air tanah dan rembesan sejajar dengan lereng permukaan tanah (lihat gambar). Tinggi longsoran 5 meter, berat isi lempung jenuh air = 20 kN/m3; kuat geser puncak tanah c’ = 10 kN/m2; dan Φ’ = 260 ; kuat geser residu cr’ = 0 ; dan Φr’ = 180 . Tentukan faktor keamanan sepanjang bidang longsor (a) dengan parameter kuat geser puncak, (b) dengan parameter kuat geser residu. Dengan muka air pada permukaan m=1, pada setiap titik di bidang longsor. Jawaban: σ = γsat z cos2 β = 20 x 5 x cos2 120 = 95,5 kN/m2; δ = γsat z sin β cos β = 20 x 5 x sin 120 x cos 120 = 20,3 kN/m2; u = γw z cos2 β = 9,8 x 5 x cos2 120 = 46,8 kN/m2 . Dengan menggunakan parameter kuat geser puncak : δf = c’ + (σ - u ) tan Φ’ = 10 + (48,7) x tan 260 = 33,8 kN/m2 .

Kemudian, faktor keamanan dihitung dengan : FK = δf / δ = 33,8 / 20,3 = 1,66 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

87

MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG

Dengan menggunakan parameter kuat geser residu, faktor keamanan dihitung dengan persamaan : FK = (γ’ / γsat ) ( tan Φr’ / tan β ) FK = ( 10,2 / 20 ) x ( tan 180 / tan 120 ) = 0,78. H. Evaluasi Materi Pokok 4: Konsep Stabilitas Lereng 1. B 2. C 3. D

88

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI