MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN ......kompetensi dasar Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang...
Transcript of MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN ......kompetensi dasar Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang...
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi
MODUL ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR
MODUL 13
2017
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI i
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
ii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI iii
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
iv PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI v
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
vi PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 Non-
Sirkular 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI vii
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
viii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tujuan Kurikuler Khusus
Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini,
peserta diharapkan mampu memahami analisis stabilitas lereng untuk
menunjang perencanaan bendungan.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 1
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, sosial-
ekonomi 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
2 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 3
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
4 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 5
BAB II
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.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan data geoteknik dan penentuan metode kuat geser.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
6 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 sebagai petunjuk untuk menentukan kedalaman
pengeboran sebagai masukan dalam menentukan penyebab dan
penanggulangan Longsoran.
2.2 Penentuan Penampang Geoteknik
Penampang Geoteknik yang akan dipilih untuk dianalisa sangat menentukan
keberhasilan dalam melakukan Analisa Stabilitas lereng dari tubuh
Bendungan baik untuk mengetahui Faktor Keamanan 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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 7
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
8 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 9
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
10 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 11
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
12 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 13
BAB III
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.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta mampu menjelaskan kondisi pembebanan dan keamanan.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
14 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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).
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 15
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
16 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 17
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 alasan-
alasan 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 faktor-
faktor 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
18 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 19
Tabel 1.1. Persyaratan Faktor Keamanan Minimum Untuk Stabilitas Bendungan Tipe Urugan
No Kondisi Kuat
Geser Tekanan Air Pori
FK
Tanpa
Gempa
FK dg
Gempa*
1. Selesai konstruksi tergantung
:
1. Jadwal konstruksi.
2. Hubungan antara tekanan
air pori dan waktu.
1. Efektif Peningkatan tekanan air
pori pada urugan dan
fondasi dihitung
menggunakan data lab.
dan pengawasan instru-
men.
1,30 1,20
Lereng U/S dan D/S. Idem hanya tanpa penga-
wasan instrumen.
1,40 1,20
Dengan gempa tanpa kerusakan
digunakan 50% koefisien gempa
desain.
Hanya pada urugan tanpa
data lab. dan dengan/
tanpa pengawasan
instrumen (taksiran
konservatif)
1,30 1,20
2. Total Tanpa pengawasan
instrumen.
1,30 1,20
2. 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.
1. Efektif Dari analisis rembesan 1,50 1,20
3. Pengoperasian waduk
tergantung :
1. Elev.m.a. maksimum di udik
2. Elev.m.a. minimum di udik
(dead storage).
1. Efektif Surut cepat dari el. muka
air normal sampai elev.
muka air minimum.
Lereng U/S dan D/S.
1,30 1,10
Lereng U/S harus dianalisis
untuk kondisi surut cepat.
Surut cepat dari elev.ma.
maks. sampai el.m.a. min.
Pengaruh gempa diambil
0% dari kf. gempa desain.
1,30 -
4. Kondisi darurat tergantung :
1. Pembuntuan pada sistem
drainase
2. Surut cepat krn penggunaan
air melebihi kebutuhan
3. Surut cepat keperluan
darurat.
1. Efektif Surut cepat dari elevasi
muka air maksimum
hingga elevasi terendah
bangunan pengeluaran.
Pengaruh gempa diabai-
kan.
1,20 -
* Catatan: periksa standar tentang Pedoman Analisis Stabilitas Bendungan Tipe Urugan akibat Beban
Gempa, Pd T-14-2004-A,
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
20 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 21
3.7 Evaluasi
1. Nilai faktor keamanan minimum 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. 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
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
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 23
BAB IV
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
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta mampu menjelaskan parameter desain.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
24 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
sepanjang bidang keruntuhan akan mencapai kekuatan geser maksimum (τf).
Lihat Gambar 4.2.
Gambar 4.1. Penggambaran Selubung Kuat Geser
Keruntuhan Geser
Pada waktu runtuh , tegangan geser sepanjangbidang 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:
Tf
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 25
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 :
½ (σ’1 - σ’3 ) sin Ф’ =
c’ cot Ф´ + ½ (σ’1 - σ’3)
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
26 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 27
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 titik-
titik 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
28 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 tegangan-
tegangan 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 tegangan-
regangan 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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 29
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 nilai-
nilai 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).
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
30 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 03-
3638-1994), 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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 31
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
32 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 c0 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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 33
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
34 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 35
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
36 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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:
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 37
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
38 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 39
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 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.
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
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
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 41
BAB V
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.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta mampu menjelaskan konsep stabilitas lereng.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
42 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 43
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 1. Kurang teliti
2. Bergantung
pada
pengalaman
seseorang
3. Disarankan
untuk
digunakan
jika tidak
ada risiko.
II Menggunak
an
komputasi
Fellinius L O X Fellenius
kurang teliti,
hanya dapat
menghitung
faktor
keamanan
tetapi tidak
dapat
menghitung
deformasi.
Bishop L, P, B O O
Janbu L, P, B O O
III Menggunak
an grafik
Cousins L O X 1. Material
homogen
2. Pada
umumnya
struktur
ederhana.
Janbu L O O
Duncan P O O
Hoek & Bray P, B X O
Keterangan : *) L : lingkaran **) O : digunakan
P : planar X : tidak digunakan
B : baji
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
44 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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)
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 45
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.
'tan''cs ........................................................................... (5.1)
u' ............................................................................. (5.2)
dengan :
s = kekuatan efektif;
c’ = kohesi efektif;
Ф’ = sudut geser efektif;
σ, σ’ = tegangan total, efektif;
u = tekanan pori;
FK = faktor keamanan.
)'tan'Pl'.c(FK
l
FK
l.sS ........................................................ (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,
0S2QW2UBTWI .................................................................(5.4)
)R/hq(cosKh.Wsin)KvI(WTWI .......................................(5.5)
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
46 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
R/sin.h)sincoscos(sinUTWI .............................. (5.6)
R/sin.h)sincoscos(sinQ2QW ............................. (5.7)
Untuk memenuhi persyaratan ii) maka gaya yang bekerja harus memenuhi
persamaan (8.8) yang mempunyai bentuk,
0cos)XX(sin)EE(1QW1UBTWRU'P 1nn1nn .....(5.8)
sinKh.Wcos)Kv1(WTWR ........................................ (5.9)
)sinsincos(cosU1UB ...............................................(5.10)
)sinsincos(cosQ1QW ................................................ (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,
MI
Mp
2QW2UB1TW
)1QW1UBUTWR(tanl'cFK
............................. (5.12)
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:
Ml
Mp
)2QW2UB1TW(
))1QW1UBUTWR('tancos/b'c(FK
.........(5.13)
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 47
Gambar 5.4. Bidang Longsor Kritis yang Terbagi Atas 10 Potongan
Gambar 5.5. Sistem Gaya-Gaya Pada Potongan 6
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
48 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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,
0sinS)XX(3UBTWBcos)U'P( 1nn ………. (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,
Ml
Mp
)2QW2UB1TW(
)CONST)bu3QW3UBTWB('tanb'c(FK
..... (5.15)
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)
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 49
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
50 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 51
Gambar 5.8. Sistem Gaya Pada Irisan Dengan Metode Janbu
d) Morgenstern & Price
Gaya-gaya yang bekerja pada suatu irisan bidang longsor berbentuk non-
sirkular 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 –
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
52 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 non-
sirkular 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).
- Sesuai untuk bidang longsor bukan busur (Biplanar atau Triplanar).
- Cocok untuk batuan atau tanah dengan profil tertentu.
Lanjutan …….
5. Spencer- Gaya-gaya antar irisan dianggap paralel
- Berdasarkan keseimbangan gaya-gaya dan momen; cara ini cukup teliti
- Sesuai untuk bidang longsor berbentuk busur atau non-busur; perlu bantuan komputer
Lanjutan …….
5. Spencer- Gaya-gaya antar irisan dianggap paralel
- Berdasarkan keseimbangan gaya-gaya dan momen; cara ini cukup teliti
- Sesuai untuk bidang longsor berbentuk busur atau non-busur; perlu bantuan komputer
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 53
- 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
54 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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). Masing-
masing 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 55
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
56 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 =)(geserTegangan
)(geserKuat
stressshear
strengthshear ……………………….. [5.24]
dengan: FK =
S 1 aman ; atau
S , aman
S < , tidak stabil
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 57
Tabel 5.2. Analisis Stabilitas Dengan Cara Keseimbangan Batas Metode Program Karakteristik
Bishop
termodifikasi (1955)
Mstabl, Mstab,
Slope-w, Stabl-g ,
Sb-slope, Stablgm
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,
Sb-slope, Sstab2
Segala bentuk bidang runtuh, memenuhi
segala kondisi keseimbangan, lokasi gaya
samping dapat divariasi.
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
58 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 59
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 Material Jenis uji Standar Parameter Kegunaan
1 Timbunan
tanah
Sifat fisik :
Kadar air asli SNI 03-1965-
1990
wn (%) Menghitung dr
n = dr (1+wn/100)
Berat jenis SNI 03-1964-
1990
Gs atau
s = w x Gs
Menghitung e, n dan sat
e = dr / s
n /100 = 1- dr / s
sat = dr + w (n/100)
Berat volume
(tak
terganggu)
SNI 03-3637-
1994
n Menghitung dr
Gradasi ASTM D 2217
SNI 03-3423-
1994
% butir < no.200
% butir < 2
D10 , D15 , D30 ,
D50 , D85
Klasifikasi dan dapat
digunakan untuk menghitung
koef. permeabilitas, desain
bahan saringan dan
menghitung
Uc = D60 / D10 (Koef. uniformiti)
Cc = (D30)2/(D10xD60) (Koef.
kurvatur)
Batas cair SNI 03-1967-
1990
wl (%) Klassifikasi, korelasi
Batas plastis SNI 03-1966-
1990
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)
Batas susut SNI 03-3422-
1994
ws (%) Untuk menghitung
pengembangan
Karakteristik
Mekanis.
Pemadatan
standar
SNI 03-1742-
1989
Hubungan w- dr
diperoleh OMC
dan MDD
Menentukan dr-lap dan wlap
dengan
D 90-100 % dan
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
60 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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)
Uji triaxial
standar UU,
CU
SNI 03-4813-
1998
SNI 03-2455-
1991
Pengujian
dilakukan pada
wlap dan lap
hasil
perhitungan
pada hasil
pemadatan
standar Hasil
berupa
u , cu , ’cu , c’cu
Analisis stabilitas dan dapat
dihitung modulus elastisitas
yaitu hubungan antara E50
dengan 3 .Dapat digunakan
untuk analisis dengan cara
elemen hingga.
Uji
permeabilitas
standar
SNI 03-2435-
1991
Pengujian
dilakukan pada
wlap dan lap
hasil berupa
nilai K (koefisien
permeabilitas)
Analisis rembesan air
Uji konsolidasi SNI 03-2812-
1992
Pengujian
dilakukan pada
wlap dan lap
hasil berupa
nilai Cc , Es , Cv
Analiisis penurunan.
Uji dispersif SNI 03-3405-
1994
Penentuan
tingkat dispersi
tanah .
Bila dispersif sebaiknya tidak
digunakan . Namun bila tetap
digunakan harus di stabilisasi
atau filter harus baik
2 Pasir
Kerikil
Sifat fisik :
Kadar air asli SNI 03-1965-
1990
wn (%) Menghitung dr
dr = n (1+wn/100)
Berat jenis SNI 03-1964-
1990
Gs atau
s = w x Gs
Menghitung e , n dan sat
e = dr / s
n /100 = 1- dr / s
sat = dr + w (n/100)
Berat volume
(tak
terganggu)
SNI 03-3637-
1994
n Menghitung dr
Gradasi ASTM D 2217
SNI 03-3423-
1994
% butir < no.200
% butir < 2
D10 , D15 , D30 ,
Klasifikasi dan dapat
digunakan untuk menghitung
koef. permeabilitas , desain
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 61
No Material Jenis uji Standar Parameter Kegunaan
D50 , D85 bahan saringan dan
menghitung
Uc = D60 / D10 (Koef. uniformiti)
Cc = (D30)2/(D10xD60) (Koef.
kurvatur)
Karakteristik
Mekanis
Kepadatan
relatif
maksimum
dan minimum
ASTM D-4253
ASTM D-4254
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)] / [d-
lap(d-maks - d-min)] = 0.70
Dari persamaan diatas
diperoleh
dr-lap
lap =dr-lap (1+ wlap /100)
n /100 = 1- dr-lap / s
sat = dr-lap + w (n/100)
Uji triaxial
standar UU,
CU
Atau uji geser
langsung UU ,
CD
SNI 03-4813-
1998
SNI 03-2455-
1991
SNI 03-3420-
1994
SNI 03-2813-
1992
Pengujian
dilakukan pada
wlap dan lap
hasil
perhitungan
pada hasil
pemadatan
standar Hasil
berupa
u , cu , ’cu , c’cu
Analisis stabilitas dan dapat
menghitung modulus
elastisitas yaitu hubungan
antara E50 dengan 3 .Dapat
digunakan untuk analisis
dengan cara elemen hingga.
Uji
permeabilitas
standar
SNI 03-2435-
1991
Pengujian
dilakukan pada
wlap dan lap
hasil berupa
nilai K (koefisien
permeabilitas)
Analisis rembesan air
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
62 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 63
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 :
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
64 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 65
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
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
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 67
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
68 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 69
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 tegangan total atau konsep kuat geser
efektif/ analisa tegangan efektif. 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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
70 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 71
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
72 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 295-
336.
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 Embankments-
Construction 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 73
Vermeer, P.A. and Brinkgreve, R.B.J., (1995), “Plaxis Finitr Element Code For Soil
and Rock Anaysis”, A.A Balkema, Rotterdam, Brookfield, 1995.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
74 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 waduk maksimum
: 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 75
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 batu dengan membran
: Bendungan urugan batu digolongkan dalam tipe membran apabila lereng udik tubuh bendungan dilapisi membran baja tahan karat,beton aspal,lembaran beton bertulang,dan susunan beton blok
Bendungan tipe urugan tanah homogen
: Suatu bendungan urugan digolongkan dalam tipe 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 wall)
: Dinding atau penyekat air yang berfungsi 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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
76 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 77
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
78 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 79
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
80 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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 nilai-
nilai 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).
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 81
Contoh Perhitungan Stabilitas Lereng (Cara Bishop)
Daftar Isian Perhitungan Stabilitas Lereng (Cara Bishop)
b h h W W s inα c 'b u ub W-ub W-ub
F = 1.75 F = 1.77 1.75 1.771 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 17 18
1 10 4.2 21 178.5 66 0.913545 163.0679 15 0 0 178.5 129.6878 144.6878 184.0787 185.0879
2.4 12 444 45.5 0.71325 316.6832 30 12 240 204 148.2147 178.2147 178.746 179.3479
3.17 15.85 538.9 45.5 0.71325 384.3707 30 0 0 538.9 391.5338 421.5338 422.7905 424.2142
4.5 22.5 832.5 26.5 0.446198 371.4597 30 22.5 450 382.5 277.9025 307.9025 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 249.6005 250.0851
5 25 925 10 0.173648 160.6246 30 25 500 425 308.7806 338.7806 320.5415 320.7888
1 5 170 10 0.173648 29.52019 30 0 0 170 123.5122 153.5122 145.2475 145.3596
4.8 24 888 -5 -0.08716 -77.3943 30 24 480 408 296.4294 326.4294 340.0269 339.8821
0.47 2.35 79.9 -5 -0.08716 -6.96374 30 0 0 79.9 58.05075 88.05075 91.71853 91.67948
6 20 3 15 277.5 -20.5 -0.35021 -97.1825 30 15 300 -22.5 -16.3472 13.65279 17.25411 17.21836
2235.051 2239.2641.6064 1.609428
Diketahui :
ɣair 1 ton/m3
ɣj 1.85 g m/c m3
ɣ 1.7 g m/c m3
c ' 0.15 kg /c m2 1.5 ton/m2
Ø 36 °
J A DI :
F S = 1.609 > 1.5 >>>>>>>> AMAN
K es impulan : Timbunan Aman terhadap Longsor
S eg menm s kala m
5
20
20
20
20
2
3
4
13 x 14
S ec α
1.272247287 1.279222016
1391.342J UML A HF S
1.006358719
1.006358719
0.927568188
0.927568188
0.946892436
0.946892436
1.041655278
1.261160541
J UML A H
0.946162615
1.002981436
1.041655278
1.263779005
1.002981436
0.925770739
0.925770739
0.946162615
ton ton/m2
1.041211834
1.041211834
tonton tg Ø8 + 12
1615
tonα s in α
ton
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
82 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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.
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 83
Analisis setiap segmen secara tabelaris dengan mengisi tabel berikut:
Seg-
men
H (m) b (m) α (0) γ
(kN/m3)
W =γhb Wcosα Wsinα u l ul Wcosα-ul
1
2
3
4
5
6
7
8
Σ
….
Σ ….
Σ ….
Σ..
Σ ..
Σ ….
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
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 85
Contoh Perhitungan Stabilitas Lereng (Cara Fellenius)
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
86 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Contoh Perhitungan Stabilitas Lereng (Longsor Translasi)
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 87
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
MODUL 13 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN STABILITAS LERENG
88 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
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