Proposal Ta Kpuc

BAB I

PENDAHULUAN

A. JUDUL

“RANCANGAN GEOMETRI LERENG TIMBUNAN TERHADAP

PARAMETER PENGARUH SKALA PENGUJIAN KUAT GESER

LANGSUNG DI PT. KAYAN PUTRA UTAMA COAL KALIMANTAN

TIMUR”

B. LATAR BELAKANG

Pada proses penambangan batubara diperlukan kegitan pembongkaran

material penutup. Material penutup yang terdapat pada bahan galian batubara

seperti : batulempung, batulanau dan batupasir. Material penutup batubara

tersebut harus ditimbun pada suatu daerah. Masalah yang dihadapi pada timbunan

tersebut adalah terjadinya longsor, maka dalam perencanaan geometri lereng

harus memperhatikan karakteristik material yang mempengaruhi kekuatan lereng.

Parameter yang mempengaruhi kekuatan lereng timbunan adalah sifat fisik

dan sifak mekanik dari timbunan tersebut. Sifat fisik dari suatu material adalah

kadar air, bobot isi, berat jenis, porositas dan angka pori. Sedangkan sifat

mekaniknya adalah kuat tekan material dan kekuatan geser material.

Menentukan nilai dari parameter kekuatan geser material timbunan dapat

dilakukan dengan melakukan pengujian di laboratorium. Adapun beberapa

pengujian yang dapat dilakukan adalah pengujian kuat geser langsung dan

pengujian triaksial. Dalam pengujian kuat geser langsung dapat dilakukan dengan

pendekatan ke pengujian batuan utuh (intact rock) atau melakukan pengujian kuat

geser langsung pada material timbunan yang berupa loose material.

Pengujian kuat geser langsung dengan menguji material lepas/loose

material perlu diperhatikan mengenai skala pengujian yang dilaksanakan.

Material timbunan yang terdiri dari material yang berukuran bongkah perlu

dilakukan dengan pengujian geser langsung skala besar agar mendekati kondisi

1

in-situ dari material timbunan tersebut. apabila pengujian ini tidak dapat

dilakukan maka dapat dilakukan dengan skala standardengan melakukan reduksi

dari ukuran butir, karena melakukan proses reduksi ukuran butir maka hasil

parameter kekuatan geser batuan yang didapatkan berbeda dari hasil skala besar,

untuk itu diperlukan suatu fungsi yang menghubungkan hasil dari pengujian pada

skala besar dan skala standar sehingga hasil yang didapatkan relevan terhadap

material timbunan tersebut. Proses pembuatan timbunan dilakukan proses

pemadatan maka perlu dicari perilaku dari parameter kekuatan geser material

setelah dilakukan pemadatan. Maka dalam penelitian ini akan mencari hubungan

antara hasil pengujian dengan menggunakan skala besar dan skala standar dari

material yang belum dipadatkan dan sesudah dilakukan proses pemadatan dari

pengujian kuat geser langsung.

Penentuan geometri lereng berdasarkan kekuatannya terdapat dua metode

yang bisa digunakan yaitu Limit Equilibrium Method dan Finite Element Method.

Limit Equilibrium merupakan metode yang berdasarkan atas kesetimbangan gaya

dan pada awalnya mengasumsikan bidang longsoran. Finite Element Method

merupakan metode mencari faktor keamanan dengan menentukan bidang

lemahnya material yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah Limit

Equilibrium dalam menentukan faktor keamanan dari geometri lereng timbunan

yang akan dirancang.

C. TUJUAN PENELITIAN

1. Menentukan dan memahami kekuatan geser material timbunan yaitu kohesi,

dan sudut gesek dalam terhadap pengaruh skala pengujian.

2. Menganalisis hubungan antara hasil pengujian kuat geser langsung skala

besar dengan kuat geser langsung standard yang telah dilakukan pemadatan.

3. Menentukan Dimensi lereng timbunan yang optimum.

D. RUMUSAN MASALAH

Nilai kekuatan geser suatu material timbunan akan berbeda-beda sesuai

dengan skala pengujian yang dilakukan. Dengan menggunakan pengujian dengan

2

skala yang lebih besar akan lebih mewakili material timbunan tersebut, namun

dalam proses pengujiannya dibutuhkan waktu yang lebih lama dan biaya yang

lebih besar. Sehingga untuk memudahkan hal tersebut dapat dilakukan dengan

pengujian kuat geser langsung standar, sehingga harus diketahui bagaimana

hubungan dari skala pengujian tersebut.

Dalam proses pembuatan timbunan untuk meningkatkan kekuatan dari

suatu material timbunan perlu dilakukan pemadatan, seberapa besar pengaruh

pemadatan suatu material dalam meningkatkan kekuatan geser material tersebut.

E. BATASAN MASALAH

Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah:

1. Pengujian geser langsung dengan skala besar merupakan pengujian kuat geser

langsung dengan ukuran conto 20 cm x 20 cm x 25 cm dengan fraksi ukuran

butir lebih dari 4 mesh.

2. Pengujian kuat geser langsung standar merupakan pengujian kuat geser langsung

dengan ukuran conto berbentuk silinder dengan diameter 6 cm dan tinggi 1 cm,

serta ukuran butir kurang dari 4 mesh sesuai dengan SNI 03-3420-1994

3. Pengujian kuat geser langsung skala standar dilakukan sebelum dilakukan proses

pemadatan dan sesudah proses pemadatan

4. Kondisi air hanya diperhitungkan pada proses pemadatan untuk mendapatkan

kadar air optimum

5. Metode perhitungan yang digunakan dalam merancang lereng timbunan adalah

metode kesetimbangan batas berdasarkan metode Hoek and Bray

6. Sampel yang digunakan terdiri dari 3 jenis batuan yaitu batulempung, batulanau

dan batupasir serta satu sampel komposite.

7. Pengujian dengan skala besar dilakukan setiap sampel tiga kali pengujian.

8. Pengujian dengan kuat geser langsung standar dilakukan sebelum dan sesudan

dilakukan pemadatan dengan total pengujian 144 kali pengujian.

F. HIPOTESA

3

Kekuatan geser material timbunan akan mempunyai hasil yang berbeda

akibat dari skala pengujian kuat geser langsung, dan pemadatan akan menambah

kekuatan geser dari suatu material timbunan

G. MANFAAT PENELITIAN

1. Mengetahui hubungan antara nilai kekuatan geser material timbunan dengan

mengguanakan pengujian kuat geser langsung dengan skala besar dan skala

kecil.

2. Mengetahui kadar air optimum yang diperlukan dalam proses pemadatan

3. Mengetahui seberapa besar pengaruh pemadatan tanah terhadap nilai kekuatan

geser material timbuanan.

4. Mengetahui dimensi lereng timbunan optimum.

4

BAB IIMETODOLOGI PENELITIAN

A. TINJAUAN PUSTAKA

A.1 Karakteristik Masa Batuan dan Tanah

Merekayasa suatu material harus mengetahui karakteristik dari material

yang akan direkayasa. Karakteristik dari suatu batuan dapat diketahui dengan

pengujian laboratorium. Tabel 2.1 jenis-jenis pengujian yang dilakukan untuk

mengetahui karakteristik dari suatu batuan

Tabel 2.1Ringkasan Sifat Fisik, Kekerasan, Sifat Mekanik dan Cuttability (Made,2012)

Sifat Batuan Parameter

Sifat Fisik Kandungan Air

Bobot Isi

Porositas

Kekerasan Material Kekerasan Mineralogi

Kekerasan Mohs dan Rosival

Koefesien Sementasi

Cone Indenter

Uji Dynamic rebound

Shore Sclerescope

Schmidt Hammer

Modified Schmidt Hammer

Standard Kuat Batuan Kuat tekan - UCS

Kuat tarik Brazillian

Kuat Geser

Perilaku Konstitutif Uji UCS Modulus Young

Spesifik Fraktur Energi

Toughness Index

5

Lanjutan tabel 2.1

Sifat Batuan Paramater

Indeks Kekuatan Batuan Indeks Kegetasan

Point Load Index

Impact Strength Index

O&K Wedge Test

Hardgroove Grindability Index

Breaking Characteristic

Rock Drillability

Drilling Rate Index

Drillability Barre granite

Point Load Index

Impact Strength Index

Sifat Dinamik Kecepatan Ultrasonic

Laboratorium

Abrasivitas Schmazek Faktor

Cerchar Abrasivity Index (CAI)

Uji Cuttability Core Cuttability

VARI

A.2 Sifat Fisik Material

Sifat fisik batuan yang ditentukan untuk kepentingan penelitian geoteknik

adalah : bobot isi ali (natural density), bobot isi kering (dry density), bobot isi

jenuh (saturated density), berat jenis semu (apparent specific gravity), beras jenis

sejati (true specific gravity), kadar air asli (natural water content), kadar air jenuh

(absorption), derajat kejenuhan, porositas (n) dan "void ratio" (e).

Bobot isi adalah perbandingan antara berat dari suatu batuan terhadapat

volumenya (Hunt,2005).

Berat jenis merupakan perbandingan antara bobot isi dari suatu batuan

terhadadap bobot isi air pada suhu 40 atau pada kondisi bobot isi air 1 gr/cm3

6

(Hunt,2005). Kadar air adalah jumlah air yang terkandung pada suatu batuan,

kadar air dinyatakan dalam persentase air terhadap batuan. Porositas adalah

perbandingan dari jumlah pori yang terdapat pada suatu batuan terhadap volume

dari batuan tersebut (Hunt,2005).

Pengujian sifat fisik batuan dapat dilaksanakan pada pengujian

laboratorium pada batuan tidak terganggu . Hubungan antara berat dan volume

dari suatu batuan serta kandungan air pada suatu material batuan (sifat fisik) dapat

dilihat tabel 2.2.

Tabel 2.2Hubungan antar sifat fisik batuan (Made,2012)

Sifat Fisik Simbol Rumus Satuan

Bobot isi asliγ n

W n

W w−W S

gr/cm3

Bobot isi keringγ d

W d

W w−W S

gr/cm3

Bobot isi jenuhγ s

W w

W w−W S

gr/cm3

Berat jenis semu SGapp W 0

W w−W S

: bobot isi air -

Berat jenis sejati SGapp W 0

W o−W S

: bobot isi air -

Kadar air asli W W n−W 0

W 0

x100 % %

Kadar air jenuh ws W w−W 0

W 0

x100% %

Keterangan :Wn : berat asliWw : berat jenuhW0 : berat keringWs : berat tergantung

A.3 Pengujian Kuat Geser Langsung

Salah satu sifat mekanik batuan dapat diuji dengan menggunakan pengujian

kuat geser. Kuat geser batuan merupakan perlawanan internal batuan terhadap

7

tegangan yang bekerja sepanjang bidang geser dalam batuan tersebut yang

dipengaruhi oleh karakteristik intrinsik dan faktor eksternal (Made Astawa Rai,

2012). Kuat geser batuan sangat berguna sebagai parameter rancangan kestabilan

lereng dan kriteria keruntuhan geser yaitu menurut Mohr-Coulomb.

Teori Mohr menggap bahawa untuk suatu keadaan tegangan σ 1> σ 2 > σ 3,

maka tegangan menengah tidak mempengaruhi runtuhnya batuan, dan kuat tarik

tidak sama dengan kuat tekan suatu batuan. Teori ini didasarkan pada hipotesa

bahwa tegangan normal dan tegangan geser yang bekerja pada bidang runtuh

memainkan peranan penting dalam runtuhnya suatu material.

`

Gambar 2.1(a). Kurva keruntuhan non linier kriteria Mohr. (b). tegangan utama kriteria Mohr yang mempengaruhi runtuhnya material (Mohr,1900)

Kriteria keruntuhan oleh Mohr garis selubung kekuatan geser sulit

dirumuskan dalam rumusan matematika, sehingga kriteria ini kemudian

berkembang menjadi kriteria keruntuhan mohr-coulomb.

Kriteria mohr coulomb dinyatakan dengan persamaan

τ=c+μσ…………………………………………………………(2.1)

τ = tegangan geser

c = kohesi

σ = tegangan normal

μ = koefesien gesek dalam dari batuan (tan ∅)

8

Nilai kohesi dan sudut gesek material dapat ditentukan dengan melakukan

pengujian kuat gser langsung. Dalam pengujian kuat geser percontoh diberikan

beban normal dengan nilai tertentu secara konstan, kemudian percontoh diberikan

gaya geser, maka akan terjadi pergeseran pada suatu bidang geser. Dengan

menggunakan minimal tiga kombinasi maka akan didaptkan nilai kohesi dan

sudut gesek dalam.

Gambar 2.2Kondisi percontoh dalam pengujian kuat geser langsung

Adapun faktor yang mempengaruhi dari pengujian kuat geser adalah

sebagai berikut :

1. Faktor intrinsik : merupakan faktor yang menunjukkan karakteristik

internal batuan, terdiri dari kohesi dan sudut gesek dalam.

2. Faktor entrinsik : merupakan faktor yang berasal dari lingkungan batuan

baik alami maupun tidak serta dapat dikontrol maupun yang tidak dapat dikontrol.

Faktor-faktor entrinsik antara lain :

a. Tegangan Normal

Semakin besar tegangan normal yang bekerja, semakin besar tegangan

yang dibutuhkan untuk menyebabkan materiak tersebut tergeser. Pada pengujian

laboratorium sebaiknya tegangan normal tidak melebihi batas elastis batuan.

Menurut Griffith (1921 & 1925) bahwa keberadaan rekahan awal yang terdapat

pada batas antar butiran batuan dapat menyebabkan terjadinya pemusatan

9

tegangan tarik pada ujung celah kecil tersebut ketika batuan diberi tekanan dari

luar, baik secara uniaksial ataupun multiaksial sehingga pada batas tekanan

tertentu tegangan tarik tersebut mencapai titik kritisnya dan menyebbkan

terjadinya pembentukan rekahan awal yang arah perambatannya searah dengan

tegangan utama mayor (Mayor principal stress).

b. Keberadaan dan tekanan air

Tekanan air merupakan gaya angkat atau tekanan air pori yang

mengurangi tegangan normal yang bekerja menjadi tegangan normal efektif yang

besarnya σ e ff=¿ (σ n−u) sehingga akan mengurangi kekuatan geser batuan.

Pengaruh. Pengaruh tekanan pada kuat geser batuan keras dapat pada persamaan :

τ=c+σ eff x tan∅ Pada batuan lunak yang mempunyai nilai kuat tekan < 25 MPa

seperti batu lempungnilai kohesi dan sudut gesek dalamnya berubah secara drastis

akibat adanya penambahan air. Yang ini terkait dengan sifat mineralnya yang

rekatif.

c. Mineralogi dan ukuran butir

Ukuran yang lebih kecil biasanya mempunyai nilai kohesi yang lebih

besar, namun mempunyai sudut gesek dalam yang relatif lebih kecil dibandingkan

dengan percontoh yang mempunyai ukuran butir yang lebih besar. Horn & Deere

(1962) serta Kenney (1967) telah melakukan penelitian terhadapa kuat geser

mineral-mineral pembentuk batuan serta pengaruh komposisi mirela terhadap

kekuatan geser tanah. Kenney menyimpulkan bahwa kondisi mineral lebih

berpengaruh terhadap kekuatan geser diabndingkan dengan ukuran butirnya.

d. Kekasaran Permukaan Geser

Semakin kasar permukaan geser maka semakin besar kekuatan geser

batuan. Tetapi kekasaran ini hanya berpengaruh terhadap tegangan normal yang

rendah karena pada tegangan normal yang cukup tinggi permukaan geser akan

hancur. Menurut grasselli (2001) kekasaran permukaan bidang diskontinyu akan

mempengaruhi kekuatan geser batuan pada tingkat tegangan normal hingga 20%

e. Laju Pembebanan

Pengaruh laju pembebanan geser pada kekuatan geser rekahan yang terisi

material lempung tidak hanya terkait dengan berkurangnya kesempatan

10

pengeringan akibat laju terlalu tinggi, ataupun terjadinya pelemahan. Ada efek

yang fundamental yang dipengaruhi oleh viskositas komponen kehesif dari kuat

geser batuan.Bjerrum (1973) telah meneliti fenomena ini terhadap lempung lunak,

plastis dan terkonsolidasi normal. Hasilnya bahwa efek laju merupakan fusngi

waktu yang dibutuhkan untuk mencapai regangan geser kritis dimana failure

terjadi.

f. Tingkat Kerusakan contoh

A.4 Pemadatan Material

Pemadatan merupakan usaha secara mekanik agar butir butir material

merapat. Volume tanah akan berkurang, volume pori berkurang namun volume

butiran tidak berubah.hal ini bisa dilakukan dengan menggilas/ menumbuk.

Menurut Budi Santosa manfaat dari pemadatan adalah memperbaiki sifat

teknik material :

1. Memperbaiki kuat geser tanah yaitu menaikkan kohesi dan sudut gesek dalam.

2. Mengurangi kompresibilitas yaitu mengurangi penurunan oleh beban.

3. Mengurangi permeanilitas yaitu mengurangi nilai K

Pemadatan tanah biasanya digunakan untuk pembuatan bendung,

timbuanan, jalan raya, pondasi. Perubahan yang terjadi jika tanah dipadatkan

adalah pengurangan volume tanah sehingga akibatnya volume total tanah

berkurang. Dalam praktek yang digunakan sebagai ukuran kepadatan adalah berat

volume kering adalah semakin besar berat volume kering artinya material tersebut

semakin padat.

Dalam pengujian pemadatan berdasarkan tenaga pemadatannya dibedakan

menjadi dua yaitu :

1. Cara Standar

Pada proses pemadatan dengan cara standar, menggunakan mold dengan

volume 944 cm3, diameter mold 10,1 cm. selama pengujian di laboratorium pada

bagian bawah diberikan plat dasar, dan pada bagian atas terdapat leher mold.

Tanah dicampur dengan kadar air tertentu dan dibagi menjadi 3 bagian. Ketiga

bagian tersebut satu per satu dimasukkan ke dalam mold, dan dan ditumbuk

11

menggunakan hammer masing-masing 25 kali pukulan. Hammer yang digunakan

mempunyai berat 2,5 kg dengan tinggi jatuh 12 inchi.

Gambar 2.3 Peralatan pengujian pemadatan standar

Dalam pengujian ini bobot isi dirumuskan sebagi berikut :

γ=WV

………………………………………………………………….(2.2)

Keterangan

W = berat dari material yang dipadatkan

V = Volume mold (944 cm3)

12

Gambar 2.4 Grafik Hasil pengujian Pemadatan

Pada proses pengujian pemadatan perlu melakukan pengujian kadar air,

dengan mengetahui kadar air dari suatu material yang dipadatkan maka bobot isi

kering dapat dirumuskan sebagai berikut :

γ dγ

1+w(% )100

……………………………………………………………….

(2.3)

Keterangan

w (%) = persentase kadar air

Nilai bobot isi kering pada persamaan 2.3 dan kadar air masing-masing diplotkan

dalam grafik maka akan didatkan grafik sesua dengan gambar 2.4. kadar air

optimum didapatkan pada saat bobot isi kering maksimum. Dengan memasukkan

persamaan kadar air dan derajad kejenuhan maka bobot isi kering juga dapat

dirumuskan sebagai berikut :

γ d=G s γw

1+e…….………………………………………………………...(2.4)

Keterangan :

Gs = Berat jenis materialγ w = bobot isi aire = angka pori

s=Gs w………………………………………………………………...(2.5)

e=Gs w

S…………………………………………………………….….(2.6)

maka

γ d=Gs γ w

1+Gs w

S.............................................................................................(2.7)

Dengan menggunakan kadar air, secara teori bobot isi kering maksimum

akan tercapai pada saat semua pori tidak terisi oleh udara, atau disebut dengan

derajad kejenuhan 100%. Sebab bobot isi kering maksimum saat suatu kadar air

13

tertentu pada saat porinya tidak terisi udara maka dapat disubstitusikan S = 1 pada

persamaan 2.7, sehingga

γ zav=Gs γ w

1+Gs w=

γ w

w+ 1G s

...............................................................................

(2.8)

Keterangan :

γ zav = bobot isi saat tanpa udara dalam pori

2. Cara Modifikasi

Dengan pemadatan yang dilakukan di lapangan, maka pemadatan dengan

cara standar dimodifikasi sehingga lebih representative digunakan di lapangan.

Cara Pemadatan modifikasi terdapat dalam ASTM D-1557 dan AASHTO T-180.

Proses pemadatan dengan cara modifikasi menggunakan ukuran mold 944 cm3

atau sama dengan ukuran mold untuk pemadatan standar. Namun dalam proses

pemadatannya terdiri atas lima lapisan, hammer yang digunakan mempunyai berat

4,54 kg, tinggi jatuh hammer 18 inchi dan jumlah tumbukan 25 kali sama dengan

tumbukan pada pengujian pemadatan standar.

Dalam proses pemadatan berdasarkan ASTM dan AASHTO berdasarkan

ukuran mold, jumlah tumbukan, dan ukuran butir material yang dipadatkan,

metode pemadatan dapat dibagi menjadi empat (lihat table 2.3)

Tabel 2.3 Metode pemadan menurut ASTM dan AASHTO

PenjelasanPemadatan standar Pemadatan modifikasi

A B C D A B C D

Cetakan

Volume cm3 944 2124 944 2124 944 2124 944 2124

Tinggi mm 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3

Diameter mm 101,6 152,4 101,6 152,4 101,6 152,4 101,6 152,4

Hammer

Berat kg 2,5 2,5 2,5 2,5 4,54 4,54 4,54 4,54

Tinggi jatuh in 12 12 12 12 18 18 18 18

Jumlah lapisan tanah 3 3 3 3 5 5 5 5

14

Jumlah pukulan/lapisan 25 56 25 56 25 56 25 56

Fraksi tanah lolos ayakan No. 4 No. 4 ¾ in ¾ in No. 4 No. 4 ¾ in ¾ in

Dalam proses pemadatan menurut Braja M. Das faktor-faktor yang

mempengaruhi proses pemadatan adalah :

1. Tenaga pemadatan misalnya berat mesin penggilas, banyaknya lintasan

penggilasan dan tebal lapisan. Perbedaan energy pemadatan akan mempengaruhi

bobot isi kering maksimum dan kadar air optimum. Menurut Braja M. Das pada

material lempung pasiran dengan mengunakan mold, hammer dan jumlah lapisan

yang sama namun jumlah tumbukan per lapisan bervariasi dari 20 sampai 50 kali

pukulan menghasilkan data seperti gambar 2.3. dengan berubahnya jumlah

tumbukan per lapisan maka tenaga pemadatan juga akan berubah. Tenaga

pemadatan dirumusakan sebagai berikut :

E=jumlah

tumbukanlapisan

x jumlahlapisan x berat hammer x tinggi jatuh

volumemold

15

Gambar 2.5Efek tenaga pemadatan terhadap hasil pemadatan pada lempung pasiran

(Braja,2006)

Dari gambar 2.4 dapat disimpilkan bahwa :

a. Saat tenaga pemadatan bertambah maka bobot isi kering maksimum akan

semakin bertambah.

b. Saat tenaga pemadatan bertambah maka kadar air optimum berkurang

2. Kadar air

Tanah kohesif merupakan bongkah-bongkah yang sukar dipadatkan, jika

disiram air menjadi lunak dan lebih mudah dipadatkan, tetapi makin besar kadar

air tanah makin membatasi kepadatan yang dicapai, yang berkurang hanya udara,

jika volume air lebih besar maka kepadatan maksimum berkurang. Tanah kenyang

air tidak dapt dipadatkan. Pada dasrnya, makin basah tanah makin mudah

dipadatkan, karena iar berfungsi sebagai pelumas. Tapi kadar air yang berlebihan

akan mengurangi kepadatan yang dapat dicapai. Pada pemadatan suatu tanah

16

dengan tenaga pemadatan tertentu akan mengasilkan pemadatan terbesar. Kadar

air tersebut disebut kadar air optimum. Dan mempunyai bobot isi kering

maksimum.

Gambar 2.6Prinsip Pemadatan Tanah (Johnson dan Sallberg, 1960)

3. Jenis Material yang Dipadatkan

Jenis material yang yang dimaksud antara lain distribusi ukuran butir,

bentuk butir, berat jenis dari material, dan kandungan material lempung. Hasil

pengujian ASTM D-698 dapat dilihat pada gambar 2.7. Pada gambar tersebut

menjelaskan bahwa semakin besar ukuran butir maka proses pemadatan akan

semakin susah. Sebaliknya semakin kecil ukuran butir maka proses pemadatan

akan semakin mudah dilakukan. Hal ini disebabkan oleh apabila ukuran butir

suatu material semakin besar maka pori/void yang terdapat pada material tersebut

semakin besar.

17

Gambar 2.7Kurva jenis pemadatan untuk empat jenis tanah (ASTM D-698)

A.5 Metode Analisa Longsoran Metode Bishop

Salah satu dari metode keseimbangan batas yaitu metode Bishop untuk

longsoran busur (Circular Failure). Metode ini menjelaskan keseimbangan gaya

vertikal untuk setiap segmen dan keseimbangan momen keseluruhan yang

berkaitan dengan pusat lingkaran permukaan yang di uji. Lapisan yang berada di

atas bidang longsor dibagi dalam beberapa segmen tegak agar

ketidakseragamannya batuan dan atau tanah dapat dipertimbangkan lebar dari tiap

segmen tidak harus sama. Metode ini mengabaikan gaya geser pada segmen dan

kemudian mengasumsikan suatu gaya normal cukup untuk mendefinisikan gaya-

gaya antara segmen (Bishop, 1955). Gaya normal pada dasar tiap segmen

ditentukan dengan menjumlahkan gaya-gaya dalam arah vertikal.

Momen penggerak seluruhnya diperoleh dengan menjumlahkan momen

dari setiap segmen, yaitu :

18

Momen penggerak seluruhnya

= W .x

= W. R sin

= R W sin …................................................................................ (2.9)

Keterangan:

W .x = Momen penggerak segmen

W = Berat Segmen

Faktor keamanan (F) dapat dituliskan sebagai berikut :

Gambar 2.8

Analisis Simplified Bishop Method (Bishop, 1955)

19

F =

Gaya PenahanGaya Penggerak

F =

Kekua tan geser yang adaKekua tan geser yang diperlukan

Jika kekuatan geser = s, maka kekuatan geser untuk mempertahankan kemantapan

=

sF

Bilaman S = gaya pada dasar segmen,

maka :

S = s . l / F

sehingga :

Momen melawan segmen = ( s.l / F ). R

Momen melawan seluruhnya =∑ ¿ ¿ ( s . l / F ) R

=

RF ∑ ¿ ¿ s.l.................................................…(2.9)

Dengan mempersamakan momen melawan dengan momen penggerak, maka :

R∑ ¿ ¿W sin α =

RF ∑ ¿ ¿ sl……………………………………………….……(2.10)

Sehingga :

F =

R ∑ s . l

R ∑ W sin α =

∑ s . l

∑ W sin α ……………………………………….……(2.11)

Nilai F ditentukan pada banyak lingkaran sampai terdapat nilai F yang

terkecil. Lingkaran dengan nilai F terkecil disebut lingkaran kritis.

Untuk menyelesaikan perhitungan s diganti dengan c + (σ − u ) tan φ ,

sehingga:

F =

∑ ( c . l + ( σ . l − u . l ) tan φ )∑ W sin α ………………………………………..….(2.12)

F =

1

∑ W sin α ∑ ¿ ¿( c . l + ( P − u . l ) tan φ ) ……………………………..….(2.13)

Dengan P = gaya normal pada dasar segmen yang bersangkutan

20

Nilai W, α dan l dapat diperoleh secara langsung untuk setiap segmen, dan

c serta φ dapat ditentukan dilaboratorium. Nilai tegangan air pori (u) juga dapat

ditentukan dilapangan. Hanya nilai P yang belum diketahui.

Pada cara Bishop besarnya P diperoleh dengan menguraikan gaya – gaya

lain pada arah vertikal.

( P' tan φF )

sin α + ( c . l

F ) sin α + P’ cos α + u . l cosα = W + ( Xn – Xn+)

{( P − u . l ) tan φF }

sin α + {c . l

F } sin α + {( P − u . l ) cos α } + u .l cosα = W +

( Xn – Xn+1 )

{( P − u . l ) tan φF }

sin α + {( P − u . l ) cos α } = W + ( Xn – Xn+1 )- {c . l

F } sin α -

u . l cosα

( P – u . l ) =

W + ( Xn − Xn + 1 ) − l ( cF

sin α + u cos α )cos α + tan φ . sin α

F .............................(2.14)

Pada cara Bishop ini, nilai ( Xn – Xn+1 ) dianggap = 0 sehingga :

( P – u . l ) =

W − l ( cF

sin α + u cos α )cos α + tan φ . sin α

F ....................................................(2.15)

Jadi :

F =

1

∑ W sin α∑ [ c . l + { W − l ( c sin α

F+ u cos α)

cos α + tan φ . tan αF

}tan φ] …………….....(2.16)

21

F =

1

∑ W sin α∑ [ c . l + { W

cos α− (l .

c tan αF

+ l . u )1 + tan φ . tan α

F}tan φ]

……....……....(2.17)

F=

1

∑ W sin α∑ [ c . l ( 1 + tan φ . tan α

F ) + ( Wcos α

− c . l tan αF

− l . u ) tan φ

1 +tan φ . tan α

F]…….(1.18)

F=

1

∑ W sin α∑ [ c .

bcos α (1+ tan φ . tan α

F )+ ( Wcos α

− cb

cos αtan α

F− b

cos α. u) tan φ

1 +tan φ . tan α

F]…….(2.19)

F=

1

∑ W sin α ∑ [ {c .b (1+ tan φ . tan α

F )+(W−c .btan α

F−b .u) tan φ }sec α

1 + tan φ . tan αF

]......(2.20)

F=

1

∑ W sin α ∑ [ {c .b (1+ tan φ . tan α

F−tan φ . tan α

F )+(W−b .u ) tan φ}sec α

1 + tan φ . tan αF

]…...(2.21)

F =

1

∑ W sin α∑ [ c . l + { W − l ( c sin α

F+ u cos α)

cos α + tan φ . sin αF

}tan φ]............................(2.22)

W = b×γ×h

u = γw × hw × cos2 Φ

Sehingga

22

F =1

∑ w sin❑∑ [ (cxb+ (w−bxu ) tan Φ ') sec❑

1+ tan Φ’ tan❑F ] …………………………….

(2.23)

Dalam metode Bishop, besaran faktor keamanan pada persamaan terdapat

pada kedua sisi, maka harus diselesaikan dengan iterasi,

yaitu mencoba-coba

dengan memasukan nilai faktor keamanan yang diasumsikan untuk mendapatkan

nilai faktor keamanan baru, sehingga mendapatkan nilai faktor keamanan

minimum dengan faktor toleransi ≤ 0,001.

B. METODE PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam penelitian ini didasarkan pada metode

perhitungan aktual di laboraorium yang bertujuan untuk mendapatkan hasil pada

waktu sekarang. Teknik pengumpulan data ditempuh dengan prosedur penelitian

yang mencakup :

a. Studi Literatur

Tahap studi literatur dilakukan dengan pengumpulan sumber informasi tang

berkaitan dengan kegiatan penelitian yang berasal dari referensi yang

berhubungan dengan masalah yang dihadapi. Adapaun refrensi yang digunakan

Catatan Kuliah Mekanika Batuan ITB, Principle of Geotechnical Engineer fifth

edition, Geotechnical Investigation Methods, Dasar Mekanika tanah, Rock Slope

Engineering Civil and Mining 4th Edition.

b. Pengambilan Sampel

Pengambilan sampel material timbunan dari daerah disposal area yang

aktif, yang nantinya sampel ini akan di uji di laboratorium. Jumlah sampel yang

diambil 36 sampel yang terdiri atas 3 jenis batuan, dan satu composite.

c. Pengujian Laboratorium

23

1. Pengujian Geser Langsung Ukuran Besar dengan menggunakan satu set alat

uji kuat geser langsung.

2. Pengujian Sifat Fisik menggunakan alat sifat fisik

3. Pengujian Geser Langsung ukuran kecil menggunakan satu set alat uji kuat

geser langsung

4. Pengujian Pemadatan menggunakan alat pemadatan tanah laboratorium,

Tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.9

24

18

PERMASALAHAN :1. Contoh dalam pengujian harus representatif dan pengujian dengan

skala besar membutuhkan biaya yang besar. 2. Kekuatan material timbunan harus dioptimumkan3. Lereng timbunan harus optimum

HIPOTESASkala pengujian akan mempengaruhi kekuatan material, dan untuk memningkatkan kekuatan geser material harus dilakukan pemadatan.

RUMUSAN MASALAH1. Hubungan antara pengujian kuat geser langsung skala besar dan

pengujian standar2. Besar pengaruh pemadatan terhadap nilai kekuatan geser material

timbunan

TUJUAN PENELITIAN1. Menentukan dan memahami kekuatan geser material timbunan

yaitu kohesi, dan sudut gesek dalam terhadap pengaruh skala pengujian.

2. Menganalisis hubungan antara hasil pengujian kuat geser langsung skala besar dengan kuat geser langsung standard yang telah dilakukan pemadatan.

3. Menentukan Dimensi lereng timbunan yang optimum.

RENCANA PENYELESAIAN MASALAH

STUDI LITERATUR (A)Made : Semakin besar dimensi contoh yang digunakan maka

contoh tersebut semakin representative.Braja : pemadatan akan menambah kekuatan geser material

(kohesi dan sudut gesek dalam)Duncan : Longsoran pada suatu material akan memliki konsekuensi

social-ekonomiHoek and Bray : longsoran busur terjadi pada material yang lapuk

atau memiliki bidang diskontinya yang sangat rapat.

B

19

RE - DE SI G N

B

Lapangan :1. Pengambilan

Sampel2. Tinggi Lereng3. Sudut lereng

Laboratorium:1. Uji Sifat Fisik2. Uji Geser Skala

Besar3. Uji Geser

Langsung Standar4. Uji Pemadatan

ANALISIS1. Statisik : Regresi Linier / non Linier2. Numerik : Metode Kesetimbangan Batas3. Empirik : Metode Hoek and Bray

KRITERIA1. Lereng Tunggal FK > 1,32. Lereng Keseluruhan FK > 1,5

IYATIDAK

HASIL PENELITIAN1. Hubungan antara pengujian geser langsung skala besar dan

standar2. Besar pengaruh pemadatan terhadap nlai kekuatan geser

material3. Dimensi lereng timbunan optimum

KESIMPULAN DAN SARAN

stabil

BAB III

RENCANA PENYELESAIAN MASALAH

A. Pengolahan Data

Data-data yang didapatkan dari lokasi penelitian selanjutnya akan diolah

dan dianalisis. Adapun pengolahan dan analisis data yang dilakukan adalah

sebagai berikut:

a. Menentukan nilai kohesi dan sudut gesek dalam dari hasil pengujian kuat

geser ukuran besar dengan rumusan

τ=c+σ eff x tan∅ , untuk mendapatkan nilai kohesi pada saat tegagan

normal sama dengan nol.

b. Menentukan sifat fisik dari batuan.

c. Menentukan nilai kohesi dan sudut gesek dalam dari pengujian kuat geser

ukuran kecil dengan rumusan τ=c+σ eff x tan∅ , untuk mendapatkan nilai

kohesi pada saat tegagan normal sama dengan nol.

d. Menentukan nilai kadar air optimum dan bobot isi kering maksimum dari

pengujian pemadatan/proctor.

e. Menentukan nilai kohesi dan sudut gesek dalam dari material hasil

pemadatan dengan ukuran kecil.

f. Menentukan sifat fisik dari hasil pengujian pemadatan.

g. Dalam merancang geometri lereng digunakan dengan metode Hoek and

Bray.

B. Pembahasan Masalah

Pembahasan masalah dengan mencari hubungan anatara nilai dari kohesi

dan sudut gesek dalam dari hasil pengujian kuat geser dengan ukuran besar dan

kuat geser dengan ukuran kecil. Mencari hubungan antara hasil pengujian kuat

geser langsung ukuran besar dengan nilai kohesi dari material hasil pemadatan

dan diujin dengan pengujian geser langsung ukuran kecil.

C. Hasil yang Diharapkan

19

Berdasarakan analisis yang akan dilakukan diharapkan didapatkan

hubungan antara hasil pengujian kuat geser dengan menggunakan ukuran yang

besar dengan pengujian kuat geser dengan ukuran yang kecil baik sebelum atau

sesudah dilakukan pemadatan.

20

BAB IV

RENCANA JADWAL PELAKSANAAN

Rincian rencana jadwal kegiatan sampai dengan penyusunan penelitian

dilaksanakan selama kurang lebih tiga bulan. Dengan rincian sebagai berikut :

Tabel 4.1 Rencana Jadwal Pelaksanaan Penelitian

No.Waktu Februari Maret April

Kegiatan 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4

1 Study literatur

2Pengambilan Sampel

3 Pengujian Lab

4 Pengolahan data

5 Pembuatan draft

21

DAFTAR PUSTAKA

1. Astawa, Rai Made. 2012. Buku Catatan Kuliah Mekanika Batuan. Penerbit ITB : Bandung

2. Blyth, F.G.H. and Freitas, de M.H.1984. Geology for Engineers Seventh Edition. British Library Cataloguing in Publication : Norfolk

3. Brady, B.H.G., and Brown, E.T. 2004.Rock Mechanics For Underground Mining. Kluwer Academic Publishers: New York.

4. Braja, S. 2006. Principle of Geotechnical Engineer fifth edition. Thompson : California

5. Hariyanto, R., Sudarsono., Wicaksono, Bambang. 2012. Mekanika Tanah. Program Studi Teknik Pertambangan UPN “Veteran” : Yogyakarta

6. Hoek, Evert.2006. Practical Rock Engineering. Evert Hoek Consulting Inc. : Canada

7. Hunt, roy E. 2005. Geotechnical Investigation Methods. CRC Press : Francis

8. Jaeger, J.C., Cook, N.G.W. and Zimmerman, R.W.007. Fundamentals of Rock Mechanics. Blackwell Publishing : Australia

9. Pariseau, William G.2006. Design Analysis in Rock Mechanics. Taylor and Francis :Netherlands

10. Santosa, Budi. Dasar Mekanika tanah. Penerbit Gunadharma

11. Sutarman,E.2013.Konsep dan Aplikasi Mekanika Tanah. Andi : Yogyakarta

12. Wyllie, D. C. and Christopher W. M., 2004, Rock Slope Engineering Civil and Mining 4th Edition, Spon Press, 270 Madison Avenue, New York, USA

22