ANALISIS STABILITAS LERENG AKIBAT BEBAN GEMPA DENGAN PERKUATAN DINDING PENAHAN TANAH MENGGUNAKAN METODE MORGENSTERN-PRICE (1965) (Studi Kasus : Desa Tambakmerang, Girimarto, Wonogiri)
Skripsi
Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Disusun oleh: MARTHA RAMDHANI NIM. I1114054
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
MOTTO
“Ijazah dapat robek dan hancur menjadi abu di satu saat. Ia tidak kekal. Ingatlah, bahwa satu-satunya kekuatan yang bisa hidup terus dan kekal adalah karakter dari seseorang. Ia akan tetap hidup dalam hati rakyat, sekalipun sesudah mati” - Prof. Ir. G. Klopper M. E. -
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN
Atas berkat dan karunia Allah SWT., Alhamdulilah karya tulis ini dapat diselesaikan. Aku persembahkan karya tulis ini untuk semua orang di sekitarku dan kehidupanku, serta agama, bangsa, tanah air, dan Persib. Terima kasih kepada Ayah dan Ibu yang senantiasa mendoakan, mendukung, menyayangi, mencintai dan menjunjung diriku untuk meraih gelar sarjana Terima kasih kepada 3 kakak, 3 adik, 3 kakak ipar yang senantiasa mendukungku dan 8 keponakan yang telah hadir dalam kehidupanku Terima kasih kepada Ibu Niken Silmi dan Pak Yusep Muslih yang telah bersedia membimbing dalam penyusunan karya tulis ini dari awal hingga akhir Terima kasih kepada seluruh rekan-rekan mahasiswa Transfer S1 Angkatan 2014 UNS yang telah mendukung dan berbahagia selama berstatus mahasiswa Terima kasih kepada Aditya Permana, Heru Pujianto, Duta Cahaya, Budi Widiharjo, Aloysius Ardy, dan Kurniawan Diliaristianto yang telah menjadi sahabat sejati dan keluarga abadi dalam perantauan dan sabarnya kehidupan Universitas Sebelas Maret Terima kasih kepada Elok Fajar Sagita yang telah menjadi kekasih berwajah sahabat dalam ketidaknyamanan hingga menjadi kawan seperjuangan dalam meniti skripsi Terima kasih kepada bangsa Jakarta penghuni Komjen JR (Jamban) dan bangsa Yogyakarta serta sekitarnya penghuni CGH yang telah menjadi partner kontrakan Terima kasih kepada Yayasan Alumni Peduli Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret dan seluruh pengurusnya yang telah banyak memberi dukungan moril dan materiil Terima kasih kepada Putri Aprilia yang selalu mendukung dan mendoakan jarak jauh selama melakukan perjuangan untuk mencapai tahap ini Terima kasih kepada Keluarga Besar Viking Cyber, TB’10, Dulur Baraya, dan HIMAS POLBAN yang telah memberikan segala ilmu dan pelajaran kehidupan Terima kasih kepada semuanya yang tidak dapat disebutkan satu per satu v
ABSTRAK Martha Ramdhani, 2016, Analisis Stabilitas Lereng Akibat Beban Gempa Dengan Perkuatan Dinding Penahan Tanah Menggunakan Metode Morgenstern-Price (Studi Kasus : Desa Tambakmerang, Kecamatan Girimarto, Wonogiri), Skripsi, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Kabupaten Wonogiri merupakan daerah di Kepulauan Indonesia yang merupakan daerah sangat rawan terhadap bencana gempa. Kondisi geografis Wonogiri terdiri dari bukit dan lereng, sehingga sering terjadi longsor di daerah ini. Kondisi yang rentan terhadap gempa dan daerah yang rawan longsor menjadi perhatian utama untuk keamanan infrastruktur. Oleh karena itu dilakukan perencanaan pembangunan dinding penahan tanah untuk menjaga infrastruktur maupun rencana infrastruktur tetap aman dan kuat secara struktur. Metode yang dilakukan adalah dengan melakukan analisis stabilitas lereng berdasarkan kondisi eksisting di Desa Tambakmerang, Kecamatan Girimarto, Kabupaten Wonogiri, dengan ketinggian 14 m dan kemiringan sebesar 60°. Penelitian stabilitas lereng dengan memperhitungkan pengaruh gempa yang terjadi. Analisis stabilitas lereng menggunakan Software Geoslope dan Metode Morgenstern-Price. Perencanaan dinding penahan tanah menggunakan tipe dinding gravitasi dengan variasi ketinggian ½, ⅓, dan ¼ dari ketinggian lereng dan kelandaian kemiringan permukaan lereng sebesar 0°, 10°, 20°, dan 30°. Berdasarkan hasil analisis, stabilitas lereng sebelum diberi perkuatan dalam kondisi kritis dengan nilai faktor keamanan < 1,25. Dalam perencanaan dinding penahan tanah dapat menggunakan seluruh variasi dinding penahan tanah kecuali dinding penahan tanah ketinggian ½ dan ⅓ dari ketinggian lereng dengan kelandaian kemiringan permukaan sebesar 30°. Stabilitas lereng setelah diberi perkuatan dinding penahan tanah dapat dinyatakan aman karena memiliki nilai faktor keamanan > 1,25. Kata kunci : Dinding Penahan Tanah, Faktor Keamanan, Gempa, Lereng, Longsor
vi
ABSTRACT Martha Ramdhani, 2016, The Slopes Stability Analysis of Effect by Earthquake Load with Reinforcement of Retaining Wall by using Morgenstern-Price Method (Case Study : Tambakmerang Village, Girimarto District, Wonogiri), Skripsi, Civil Engineering, Engineering Faculty, Sebelas Maret University. Wonogiri is a region of Indonesia’s Archipelago which are the area have often been of earthquake disaster. Geographically, Wonogiri consist of hill and slopes, so that always occured landslide. Susceptible condition of earthquake and always happen landslide disaster must be an important focus for safety of infrastructure. Therefore, must be done designed of retaining wall for keeping infrastructure and plan of infrastructure will be safe and forceful structurally. This study has analysed of the slope stability based on existing condition at Tambakmerang Village, Girimarto District, Wonogiri with height is 14 m and slope is 60°. This analysis of slopes stability has calculated earthquake effect. The slopes stability analysis by using Software Geoslope and Morgenstern-Price method. Design of retaining wall by using gravity wall with height variation is ½, ⅓, and ¼ of height of slopes and angle of slopes surface is 0°, 10°, 20°, and 30°. The result of analysis, slopes stability before using reinforcement being at critical condition with a value of safety factor < 1,25. At the design of retaining wall, can using all variation of retaining wall, except retaining wall with height is ½ and ⅓ of height of slopes and angle is 30° of slopes surface. Slopes stability after using reinforcement retaining wall is safe because have a value of safety factor > 1,25.
Keywords : Earthquake, Landslide, Retaining Wall, Safety Factor, Slopes
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan seluruh hikmat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan Skripsi dengan judul “Analisis Stabilitas Lereng dengan Perkuatan Dinding Penahan Tanah Menggunakan Metode Morgenstern-Price (1965)“ tepat pada waktunya. Laporan Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. Penulisan laporan ini dapat diselesaikan tidak lepas dari bimbingan, arahan, dan motivasi dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Wibowo, S.T., D.E.A. sebagai Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret
3.
Dr. Bambang Setiawan, S.T., M.T. sebagai Ketua KBK Geoteknik Universitas Sebelas Maret
4.
Dr. Niken Silmi Surjandari, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing I yang telah bersedia memberikan arahan dan waktunya untuk penyelesaian Skripsi.
5.
Yusep Muslih Purwana, S.T, M.T., Ph.D. sebagai Pembimbing Akademik dan Dosen Pembimbing II yang telah bersedia membimbing dan memberikan arahan selama perkuliahan dan penyelesaian Skripsi.
6.
Tim penguji Skripsi yang telah memberikan saran untuk perbaikan terhadap penyusunan laporan Skripsi.
7.
Edy Purwanto, S.T., M.T. dan seluruh pengurus Yayasan Alumni Peduli yang telah membantu dari segi moril dan materiil terutama dalam penyelesaian Skripsi.
8.
Rekan-rekan mahasiswa Program Transfer S-1 Jurusan Teknik Sipil angkatan 2014 yang telah membantu dan selalu mendukung selama ini.
viii
ix
9.
Ayah, ibu, kakak dan adik serta seluruh keluarga besar yang selalu memberikan doa dan dukungan.
10. Pihak-pihak lain yang telah membantu, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Akhir kata penulis berharap agar laporan ini dapat bermanfaat dan dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Penulis mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan di masa yang akan datang. Atas segala perhatiannya, penulis mengucapkan terima kasih.
Surakarta,
Juli 2016
Penulis
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .......................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN .........................................................................
iii
MOTTO ..........................................................................................................
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN .........................................................................
v
ABSTRAK ......................................................................................................
vi
ABSTRACT ....................................................................................................
vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................
viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................
x
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
xiii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang ....................................................................................
1
1.2.
Rumusan Masalah ...............................................................................
2
1.3.
Batasan Masalah ..................................................................................
2
1.4.
Tujuan Penelitian .................................................................................
3
1.5.
Manfaat Penelitian ...............................................................................
3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka .....................................................................................
4
2.2. Landasan Teori ........................................................................................
6
2.2.1. Lereng ......................................................................................
6
2.2.1.1 Teori Analisis Stabilitas Lereng .......................................
6
2.2.1.2 Teori Tekanan Tanah Menurut Coulomb .........................
7
2.2.1.3 Gempa Bumi .....................................................................
10
2.2.1.4 Analisis Pseudostatik ........................................................
10
2.2.1.5 Koefisien Gempa ..............................................................
12
2.2.1.6 Gaya Aktif pada Tembok Penahan Akibat Gempa ..........
14
x
2.2.1.7 Metode Limit Equilibrium dan Optimization ....................
16
2.2.1.8 Metode Optimization .........................................................
16
2.2.1.9 Metode Morgenstern-Price ..............................................
18
2.2.2. Dinding Penahan Tanah ..........................................................
28
2.2.2.1 Stabilitas terhadap Penggeseran .......................................
29
2.2.2.2 Stabilitas terhadap Penggulingan ......................................
30
2.2.2.3 Stabilitas terhadap Keruntuhan Kapasitas Dukung Tanah
31
BAB III METODOLOGI PERENCANAAN 3.1.
Lokasi Penelitian .................................................................................
33
3.2.
Data Penelitian ....................................................................................
33
3.3.
Variasi pada Penelitian ........................................................................
34
3.4.
Software Geoslope ..............................................................................
41
3.5.
Diagram Alir Penelitian ......................................................................
50
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.
Analisis Data Tanah ............................................................................
51
4.2.
Analisis Beban Gempa ........................................................................
52
4.3.
Analisis Stabilitas Lereng ....................................................................
53
4.3.1 Analisis Stabilitas Lereng Tanpa Perkuatan .............................
53
4.3.1.1 Analisis dengan Metode Morgenstern-Price ...................
53
4.3.1.2 Analisis dengan Software Geoslope ..................................
59
4.3.2 Analisis Stabilitas Dinding Penahan Tanah ............................
60
4.3.3 Analisis Stabilitas Lereng Dengan Perkuatan ..........................
66
4.3.3.1 Analisis dengan Metode Morgenstern-Price ...................
67
4.3.3.2 Analisis dengan Software Geoslope ..................................
72
Pembahasan .........................................................................................
75
4.4
4.4.1 Hubungan Ketinggian Dinding Penahan Tanah dengan Safety Factor ...........................................................................
75
4.4.2 Hubungan Kelandaian Kemiringan Permukaan Lereng dengan Safety Factor ............................................................... xi
76
4.4.3 Pengaruh tanah urug pada perkuatan dinding penahan tanah .
77
4.4.4 Hasil analisis metode Morgenstern-Price dan software Geoslope ....................................................................
78
4.4.5 Analisis manual menggunakan metode Morgenstern-Price ...
78
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.
Kesimpulan ..........................................................................................
79
5.2.
Saran ....................................................................................................
80
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
81
LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Road map penelitian .....................................................................
5
Tabel 2.2 Hubungan faktor keamanan dan kejadian longsor .......................
7
Tabel 2.3 Harga Ka ......................................................................................
15
Tabel 2.4 Koefisien Stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0 ..............................
24
Tabel 2.5 Koefisien Stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,025 dan D = 1,00 .
24
Tabel 2.6 Koefisien Stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,025 dan D = 1,25 .
25
Tabel 2.7 Koefisien Stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,05 dan D = 1,00 ...
25
Tabel 2.8 Koefisien Stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,05 dan D = 1,25 ...
26
Tabel 2.9 Koefisien Stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,05 dan D = 1,50 ...
26
Tabel 2.10 Koefisien gesek antara dasar fondasi dan tanah dasar .................
30
Tabel 2.11 Nilai faktor daya dukung Terzaghi ...............................................
31
Tabel 3.1 Variasi Analisis ............................................................................
34
Tabel 4.1 Rekapitulasi Data Properties Tanah ............................................
51
Tabel 4.2 Rekapitulasi Angka Stabilitas (m dan n) ......................................
54
Tabel 4.3 Rekapitulasi Angka Aman (F) ......................................................
54
Tabel 4.4 Berat Dinding Penahan Tanah ......................................................
63
Tabel 4.5 Rekapitulasi Hasil Analisis Stabilitas Dinding Penahan Tanah ...
66
Tabel 4.6 Rekapitulasi Angka Stabilitas (m dan n) ......................................
67
Tabel 4.7 Rekapitulasi Angka Aman (F) ......................................................
68
Tabel 4.8 Rekapitulasi Nilai Safety Factor ..................................................
75
xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Tekanan aktif menurut Coulomb ............................................
8
Gambar 2.2
Tekanan pasif menurut Coulomb .............................................
9
Gambar 2.3
Pseudostatic method ................................................................
11
Gambar 2.4
Peta zona gempa Indonesia tahun 2012 ...................................
13
Gambar 2.5
Gaya aktif pada tembok akibat gempa ....................................
14
Gambar 2.6
Metode limit equilibrium circular............................................
16
Gambar 2.7
Metode limit equilibrium non-circular ....................................
16
Gambar 2.8
Metode optimization ...............................................................
17
Gambar 2.9
Kelongsoran circular dan kelongsoran optimization ..............
18
Gambar 2.10 Bentuk fungsi distribusi gaya antar irisan ...............................
19
Gambar 2.11 Hubungan nilai banding kedalaman D dan tinggi lereng H ....
20
Gambar 2.12 Koefisien stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,05 dengan D = 1 dan D = 1,25 ..................................................................
21
Gambar 2.13 Koefisien stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,05 dengan D = 1,5 dan c’/γH = 0,025 dengan D = 1,00 ...........................
22
Gambar 2.14 Koefisien stabilitas m dan n untuk c’/γH = 0,025 dengan D = 1,25 dan c’/γH = 0 ............................................................
23
Gambar 2.15 Gaya yang bekerja pada bidang irisan ....................................
27
Gambar 3.1
Lokasi Penelitian .....................................................................
33
Gambar 3.2
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ½ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 0° ...........................................................................
Gambar 3.3
35
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ½ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 10° .........................................................................
Gambar 3.4
35
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ½ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 20° .........................................................................
Gambar 3.5
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah xiv
36
ketinggian ½ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 30° ......................................................................... Gambar 3.6
36
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ⅓ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 0° ...........................................................................
Gambar 3.7
37
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ⅓ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 10° .........................................................................
Gambar 3.8
37
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ⅓ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 20° .........................................................................
Gambar 3.9
38
Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ⅓ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 30° .........................................................................
38
Gambar 3.10 Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ¼ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 0° ...........................................................................
39
Gambar 3.11 Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ¼ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 10° .........................................................................
39
Gambar 3.12 Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ¼ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 20° .........................................................................
40
Gambar 3.13 Sketsa lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah ketinggian ¼ dari tinggi lereng dengan kemiringan kelandaian 30° .........................................................................
40
Gambar 3.14 Tampilan Software Geostudio 2007 .........................................
41
Gambar 3.15 Input pada KeyIn Analyses ......................................................
42
Gambar 3.16 Input pada Set Page .................................................................
42
Gambar 3.17 Input pada Set Units and Scale ................................................
43
Gambar 3.18 Input pada Grid ........................................................................
43
xv
Gambar 3.19 Input pada Axes ........................................................................
43
Gambar 3.20 Tampilan sumbu Elevation dan Distance ...............................
44
Gambar 3.21 Tampilan pemodelan lereng ....................................................
44
Gambar 3.22 Input pada KeyIn Materials......................................................
45
Gambar 3.23 Tampilan material tanah pemodelan lereng ............................
45
Gambar 3.24 Input pada Seismic Load .........................................................
46
Gambar 3.25 Tampilan hasil Verify/Optimize Data ......................................
46
Gambar 3.26 Tampilan pada Solve Analyses .................................................
46
Gambar 3.27 Tampilan hasil Solve Analyses .................................................
47
Gambar 3.28 Tampilan kelongsoran dan irisan hasil analisis .......................
47
Gambar 3.29 Tampilan nilai Slip Surfaces ...................................................
48
Gambar 3.30 Tampilan nilai Free Body Diagram and Force Polygon pada salah satu irisan .......................................................................
48
Gambar 3.31 Flow chart metode penelitian ..................................................
50
Gambar 4.1
Kondisi eksisting lereng ..........................................................
51
Gambar 4.2
Peta zonasi gempa menurut SNI 1726:102 (2012) .................
52
Gambar 4.3
Hasil analisis metode manual akibat berat sendiri ..................
55
Gambar 4.4
Hubungan nilai faktor skala terhadap faktor keamanan pada stabilitas lereng akibat berat sendiri ..............................
Gambar 4.5
Hasil analisis metode manual akibat beban sendiri dan beban gempa ............................................................................
Gambar 4.6
56
57
Hubungan nilai faktor skala terhadap faktor keamanan pada stabilitas lereng akibat berat sendiri dan beban gempa ..........
58
Gambar 4.7
Pemodelan kondisi eksisting lereng ........................................
59
Gambar 4.8
Hasil analisis software Geoslope akibat berat sendiri .............
59
Gambar 4.9
Hasil analisis software Geoslope akibat berat sendiri dan beban gempa ............................................................................
60
Gambar 4.10 Kondisi dan dimensi dinding penahan tanah ..........................
61
Gambar 4.11 Gaya aktif pada dinding penahan tanah akibat gempa ............
61
Gambar 4.12 Perencanaan diagram dinding penahan tanah .........................
62
xvi
Gambar 4.13 Hasil analisis metode manual akibat beban sendiri dengan perkuatan dinding penahan tanah pada variasi I .........
68
Gambar 4.14 Hubungan nilai faktor skala terhadap faktor keamanan pada stabilitas lereng dengan perkuatan DPT akibat berat sendiri .............................................................................
69
Gambar 4.15 Hasil analisis metode manual akibat berat sendiri dan beban gempa dengan perkuatan dinding penahan tanah pada variasi 1 ...........................................................................
70
Gambar 4.16 Hubungan nilai faktor skala terhadap faktor keamanan pada stabilitas lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah akibat berat sendiri dan beban gempa ...........................
71
Gambar 4.17 Pemodelan kondisi lereng dengan perkuatan dinding penahan tanah variasi I ............................................................
73
Gambar 4.18 Hasil analisis software Geoslope akibat berat sendiri dengan perkuatan dinding penahan tanah variasi I .................
73
Gambar 4.19 Hasil analisis software Geoslope akibat beban sendiri dan beban gempa pada variasi I .....................................................
74
Gambar 4.20 Grafik hubungan ketinggian dinding penahan tanah dengan safety factor berdasarkan analisis manual ..................
76
Gambar 4.29 Grafik hubungan kelandaian kemiringan permukaan lereng dengan safety factor berdasarkan analisis manual ..................
xvii
77
