© Jurusan Teknik Sipil Itenas | No. 1 | Vol. 4
Pengaruh Tension Crack (Tegangan Retak) pada Analisis Stabilitas Lereng menggunakan Metode Elemen Hingga

## FRIZKIA AZIFA SILMI, INDRA NOER HAMDHAN
Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Bandung Email: frizkiaas@gmail.com

## ABSTRAK
Kondisi  kemarau  yang  terus  menerus  menyebabkan  kondisi  lingkungan  sekitar menjadi kekeringan. Jika hal tersebut  terjadi pada tanah khususnya lereng maka akan  menimbulkan  tegangan  retak  dan  memicu  terjadinya  kelongsoran. Pemodelan  ini  mengkolaborasikan  antara  kedalaman  tegangan  retak,  posisi tegangan retak serta kemiringan lereng dengan kondisi tanah tidak jenuh air dan kondisi tanah jenuh air menggunakan PLAXIS 2D dengan metode elemen hingga. Dari hasil analisis diperoleh nilai faktor keamanan untuk kondisi tanah tidak jenuh air berada pada 1,6-1,8 dengan kondisi aman sedangkan untuk kondisi jenuh air untuk  kemiringan  1:1  dibawah  satu  atau  berada  pada  kondisi  tidak  aman, kemiringan 1:1,5 dan kemiringan 1:2 berada pada 1,4-1,5 dengan kondisi aman.
Kata kunci: tegangan retak, lereng dan Metode Elemen Hingga

## ABSTRACT
Drought conditions that continue to cause environmental conditions become dry. If it happens to the ground especially the slope it will cause a Tension crack and trigger the occurrence of sliding. This model is collaborated among  a depth of tension crack, position of tension crack and slope gradient with unsaturated soil condition and saturated soil condition using PLAXIS 2D with finite element method. The analysis result for the condition of unsaturated soil is at 1.6-1.8 with safe condition and for saturated soil condition for slope of 1: 1 under one or is in unsafe condition, slope of 1:1,5 and slope of 1:2 are at 1.4-1.5 with safe conditions.
Keyword: tension crack, slope dan Finite Elemen Method

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1 Latar Belakang
Indonesia adalah negara tropis, yang artinya hanya ada dua musim di negara tersebut. Musim tersebut adalah musim hujan dan musim kemarau. Musim kemarau itu adalah suatu musim dimana curah hujan per bulannya sangat rendah. Kondisi musim tersebut menyebabkan tanah dalam  kondisi  tidak  jenuh  atau  tanah  menjadi  kering  karena  sedikitnya  curah  hujan  yang diserap oleh tanah serta kondisi suhu udara pada musim tersebut cukup terik sehingga air yang  menyerap  ke  dalam  tanah  mengalami  penguapan.  Jika  musim  kemarau  terjadi berkepanjangan,  seiring  berjalannya  waktu,  kondisi  tanah  tersebut  mengalami  kekeringan yang nantinya tanah tersebut terancam mengalami tension crack (tegangan retak).

## 1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan  penelitian  ini  dimaksudkan  untuk  menganalisis  stabilitas  lereng  pada  kondisi  tanah yang  mengalami  tegangan  retak  ( tension  crack)  dengan  berbagai  macam  kondisi  dengan metode elemen hingga agar mengetahui kestabilan tanah tersebut.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Jenis-jenis Gerakan Tanah dan Longsoran
Istilah “longsor” menggambarkan berbagai proses dalam  menghasilkan gerakan ke bawah dan  keluar  dari  material  pembentuk  lereng  termasuk  batu,  tanah,  pengisi  buatan  ataupun kombinasi  dari  ketiganya.  Material  memungkinkan  untuk  berpindah  dengan  cara  runtuhan ( falling), longsoran (slides), sebaran (spreads), atau aliran (flowing), pengelupasan (topples) dan sebaran lateral ( lateral speads). Pada Gambar 1 menunjukkan ilustrasi dari kelongsoran dengan terminologi yang diterima secara umum yang menjelaskan fitur-fiturnya.
Gambar 1. Jenis-jenis utama gerakan tanah longsor
(Sumber: USGS, 2004)

## 2.2 Stabilitas Lereng
Lereng  adalah  massa  tanah  yang  terletak  dibawah  permukaan  tanah  yang  miring  atau dibawah  sisi  miring,  memiliki  kecenderungan  bergerak  ke  arah  luar  karena  pengaruh gravitasi.  Seandainya    kecenderungan  ini  ditiadakan  oleh  tahanan  geseran  tanah,  maka lereng berada dalam keadaan stabil. Pada kondisi sebaliknya penggelinciranlah yang terjadi. Oleh karena itu, teori kestabilan lereng dibutuhkan. Lereng dapat dikatakan stabil apabila nilai  dari  faktor  keamanannya  melebihi  satu.  Menurut  Das  (2010)  faktor  keamanan Persamaan 1 didefinisikan sebagai:
𝑆𝐹 = 𝜏 𝑓 𝜏 𝑑 …(1)
halmana:
SF = angka keamanan terhadap kekuatan tanah,
𝜏 𝑓
= kekuatan geser rata-rata dari tanah [kN/m 2 ],
𝜏 𝑑 = tegangan geser rata-rata yang bekerja sepanjang bidang longsor [kN/m 2 ].

## 2.3 Efek Tegangan Retak ( Tension Crack) pada Analisis Stabilitas
Retakan sering ditemukan di puncak lereng tanah dan batuan. Keberadaan retakan tersebut menunjukkan  bahwa  dalam  zona  tertentu,  tegangan  tarik  melebihi  kekuatan  tarik  (Baker, 1981).  Efek  dari  tegangan  retakan  terhadap  stabilitas  lereng  dibagi  menjadi  beberapa  hal, diantaranya:
a. Kekuatan geser akibat lekatan dan gesekan tanah berkurang akibat adanya retakan.
b. Tekanan  air  yang  bekerja  pada  permukaan  retakan  merupakan  suatu  kekuatan  yang mendorong untuk terjadinya kelongsoran.
c. Air yang berada didalam celah retakan cenderung melunakkan tanah sehingga kekuatan tanah tersebut berkurang.
Oleh karena itu, sangat diharapkan untuk mampu meramalkan kedalaman dimana retakan itu akan  muncul  dan  memperhitungkan  efek  stabilitasnya.  Terutama,  sangat  penting  untuk menentukan kondisi-kondisi dimana tidak ada retakan yang akan diharapkan untuk muncul, sekaligus menghindari efek pelunakan yang mana sulit untuk dianalisa secara kuantitatif. Lebih jauh lagi, saat kedalaman retakan diketahui, tidaklah sulit untuk membuat nilai yang  tepat pada efek dari analisis stabilitas yang merupakan penentuan dari kedalaman retakan yang tetap menjadi rantai yang lemah dalam perhitungan stabilitas lereng Gambar 2 . Kedalaman retakan Persamaan 2 ini secara teori dapat didefinisikan:
𝑧 𝑐 = 2𝑐 𝛾 𝑡𝑎𝑛 2 (45 + 1 2 𝜙) …(2)
Gambar 2. Dasar ketentuan dan definisi dari tension crack (Sumber: Baker, 1981)
halmana: 𝑧 𝑐 = kedalaman tegangan retak [m], 𝑐 = kohesi [kN/m 2 ], 𝜙 = sudut dari gesekan [˚], 𝛾 = berat isi dari tanah [kN/m 2 ].

## 2.4 Teori Mohr-Coulumb
Menurut  Mohr  (1900)  dalam  Das  (2010)  menyatakan  bahwa  keruntuhan  material  terjadi karena kombinasi kritis dari tegangan normal dan tegangan geser dan bukan hanya akibat tegangan  normal  atau  tegangan  geser  dengan  kondisi  maksimum  saja.  Oleh  karena  itu, Persamaan 3 hubungan antara tegangan normal dan tegangan geser pada keruntuhan dapat dinyatakan dengan:
𝜏  =  𝑓(𝜎) …(3)
Keruntuhan Gambar 3 yang dinyatakan pada Persamaan 4 berbentuk garis lengkung. Untuk berbagai  macam  permasalahan  mekanika  tanah,  garis  lengkung  itu  tidak  efisien  untuk perkiraan  tegangan  geser  dalam  keruntuhan  sebagai  fungsi  persamaan  garis  lurus  dari tegangan normal (Coulomb, 1776). Fungsi persamaan garis dapat ditulis dengan:
𝜏  =  𝑐  +  𝜎 𝑡𝑎𝑛ø …(4)
halmana: 𝑓(𝜎) = fungsi terhadap tegangan normal [kN/m 2 ], 𝑐 = kohesi [kN/m 2 ], ø = sudut dari gesekan internal [˚],
𝜎 = tegangan normal pada keruntuhan [kN/m 2 ], 𝜏 = tegangan geser [kN/m 2 ].
Persamaan diatas disebut kriteria kegagalan Mohr-Coulomb. Pada tanah jenuh, total tegangan normal pada suatu titik Persamaan 5 adalah jumlah dari tegangan efektif ( 𝜎’ ) dan tekanan air pori ( u ), atau:
𝜎  =  𝜎’  +  𝑢
…(5)
Kriteria  keruntuhan  Mohr-Coulomb  diekspresikan  dalam  tegangan  geser  dapat  dinyatakan pada Persamaan 6 dengan:
𝜏  =  𝑐’  +  𝜎’ 𝑡𝑎𝑛ø …(6)
halmana:
𝜎’ = tegangan efektif pada keruntuhan [kN/m 2 ], 𝑢 = tegangan air pori pada keruntuhan [kN/m 2 ], 𝑐’ = kohesi [kN/m 2 ], ø = sudut dari gesekan berdasarkan tegangan efektif [kN/m 2 ],
𝜏 = tegangan geser [kN/m 2 ].
Gambar 3. Kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb (Sumber: Das, 2010)

## 2.5 Finite Element Method (FEM)
Faktor  keamanan  pada  metode  ini  dapat  diperoleh  dari  asumsi  kriteria  keruntuhan  Mohr- Coulomb, yaitu dengan cara mengurangi parameter kekuatan secara bertahap berupa nilai- nilai  available dan c available hingga  tidak  terdapat  keseimbangan  dalam  perhitungan.  Parameter kekuatan  yang  sesuai  dapat  dinyatakan  sebagai  failure dan  c failure dan  faktor  keamanan  fe ( Persamaan 7 ) didefinisikan:
𝜂 𝑓𝑒 = 𝑐 𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑐 𝑓𝑎𝑖𝑙𝑢𝑟𝑒 = 𝑡𝑎𝑛∅ 𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑡𝑎𝑛∅ 𝑓𝑎𝑖𝑙𝑢𝑟𝑒 …(7) halmana: 𝜂 𝑓𝑒 = angka keamanan terhadap kekuatan tanah, 𝑐 𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 = kohesi yang tersedia [kN/m 2 ], 𝑐 𝑓𝑎𝑖𝑙𝑢𝑟𝑒 = kohesi terjadi keruntuhan [kN/m 2 ], 𝑡𝑎𝑛∅ 𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 = nilai tan dari sudut gesekan yang tersedia [˚], 𝑡𝑎𝑛∅ 𝑓𝑎𝑖𝑙𝑢𝑟𝑒 = nilai tan dari sudut gesekan terjadi keruntuhan [˚].

## 3. METODE PENELITIAN
Start Rumusan Masalah Pengumpulan Data Tinjauan Pustaka Data Kemiringan Lereng Data Tanah Lempung Data Tegangan Retak Menentukan Parameter Tanah Menentukan Kedalaman dan Posisi Tegangan Retak Menentukan Lebar Kemiringan Lereng A A Nilai SF Pembahasan Kesimpulan End Pemodelan Lereng dengan Menggunakan PLAXIS 2D Kondisi Jenuh Pemodelan Lereng dengan Menggunakan PLAXIS 2D Kondisi Tidak Jenuh
Gambar 4. Flowchart pemodelan analisis lereng menggunakan PLAXIS 2D

## 4. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Parameter Tanah
Berikut nilai parameter tanah lempung secara asumsi yang digunakan pada pemodelan: 1.  sat = 20,0 [kN/m 3 ]. 2.  unsat = 18,0 [kN/m 3 ]. 3. c = 45,0 [kN/m 2 ]. 4.  = 5 [˚].

## 4.2 Pemodelan Lereng
Pemodelan lereng ini dilakukan dengan berbagai macam kemiringan lereng diantaranya 1V: 1H, 1V:1,5H dan 1V:2H dimana ketinggian 10 meter dan lebar 10 meter, 15 meter dan 20 meter. Hal ini dilakukan dengan variasi titik tegangan retak ( tension crack) pada posisi 6m, 9m dan 12m dari kemiringan lereng dengan mengasumsikan jenis tanah pada lereng adalah lempung  kepasiran  sedangkan  untuk  kedalaman  tegangan  retak  sendiri  yaitu  4,3m  sesuai dengan kedalaman retakan secara teori dan sisanya yaitu asumsi sebesar 3m dan 1m.

## 4.3 Analisis Bentuk Keruntuhan Lereng pada Kondisi Tidak Jenuh
Saat meninjau kemiringan 1:1 yang ditunjukkan pada Gambar 5 pengaruh tegangan retak pada  bentuk  keruntuhan  hampir  terjadi  disemua  posisi  tegangan  retak  serta  kedalaman kecuali pada saat posisi 6m dengan kedalaman 1m tidak memberikan pengaruh karena gaya- gaya  (berat  tanah)  yang  bekerja  pada  bidang  keruntuhan  lebih  dominan  dibandingkan berkurangnya kuat geser akibat adanya tegangan retak.  Kemudian untuk kemiringan 1:1,5 Gambar 6 dan kemiringan 1:2 Gambar 7 tidak terjadi pengaruh tegangan retak ( tension crack) bentuk keruntuhan pada saat kedalaman tegangan retak 1m posisi 6m dan 12m serta kedalaman 3m dan 4,3m posisi 6m sebab gaya yang melongsorkan dari tanah dipengaruhi oleh kemiringan lereng, posisi tegangan retak dan kedalaman tegangan retak. Hal itu dapat dilihat  saat  titik  tinjauan  terhadap  seluruh  kemiringan,  dimana  bentuk  keruntuhan  paling berpengaruh  pada  lereng  yang  semakin  curam  lalu  saat  posisi  retakan  semakin  jauh  dari puncak lereng dan saat kedalaman retakan semakin dalam. Berlaku pula untuk nilai faktor keamanan dimana dapat dilihat pada Tabel 1 bahwa semakin jauh posisi tegangan retak, semakin  dalam  tegangan  retak  serta  semakin  curam  tegangan  retak  maka  nilai  faktor keamanan dari lereng tersebut semakin kecil.
Gambar 5. Pemodelan kemiringan 1:1 saat kondisi tidak jenuh
Gambar 6. Pemodelan kemiringan 1:1,5 saat kondisi tidak jenuh
Gambar 7. Pemodelan kemiringan 1:2 saat kondisi tidak jenuh Tabel 1. Nilai Faktor Keamanan Kondisi Tidak Jenuh
Pemodelan dengan Satu Kedalaman Tegangan retak Kondisi Tidak Jenuh
Pemodelan Faktor Keamanan Kemiringan 1:1 Posisi  6 m Posisi 9 m Posisi 12 m kedalaman 1m 1,632 1,616 1,600 kedalaman 3m 1,613 1,577 1,570 kedalaman 4,3m 1,612 1,573 1,567 Kemiringan 1:1,5 Posisi  6 m Posisi 9 m Posisi 12 m kedalaman 1m 1,741 1,738 1,725 kedalaman 3m 1,739 1,727 1,700 kedalaman 4,3m 1,735 1,725 1,697 Kemiringan 1:2 Posisi  6 m Posisi 9 m Posisi 12 m kedalaman 1m 1,835 1,832 1,819 kedalaman 3m 1,823 1,817 1,800 kedalaman 4,3m 1,825 1,823 1,799

## Frizkia Azifa Silmi, Indra Noer Hamdhan

## 4.4 Analisis Bentuk Keruntuhan Lereng pada Kondisi Jenuh
Gambar 8 menunjukkan bahwa tanah  mengalami collapse atau terjadi kelongsoran sebab saat  meninjau  nilai  faktor  keamanan  pada  kemiringan  1:1  dengan  kondisi  jenuh  nilainya berada dibawah satu sebelum terjadinya retakan akibat tegangan air pori yang bekerja pada lereng tersebut lebih besar dibandingkan kekuatan geser dari tanah. Lalu untuk kemiringan 1:1,5 Gambar 9 dan kemiringan 1:2 Gambar 10 dengan kondisi jenuh, bentuk keruntuhan terjadi pada posisi 9m dan 12m dengan kedalaman 3m dan 4,3m. Hal itu menunjukkan bahwa kuat  geser  yang  bernilai  nol  pada  tegangan  retak  memberikan  pengaruh  terhadap  bentuk keruntuhannya  serta  tekanan  hidrostatis  yang  bekerja  pada  lereng  tersebut  memberikan tegangan  geser  yang  lebih  besar.  Sedangkan  saat  bentuk  keruntuhan  tidak  terjadi  pada tegangan retak maka keruntuhan tersebut disebabkan oleh tegangan air pori yang bekerja pada taha tersebut serta kemiringan lereng. Ketika meninjau nilai faktor keamanan Tabel 2 pada  lereng  tersebut  menunjukkan  sama  seperti  kondisi  lainnya,  bahwa  kemiringan  lereng semakin curam, posisi tegangan retak semakin jauh dari lereng dan kedalaman tegangan retak semakin dalam menunjukkan bahwa semakin kecil nilai faktor keamanannya.
Gambar 8. Pemodelan kemiringan 1:1 saat kondisi jenuh
Gambar 9. Pemodelan kemiringan 1:1,5 saat kondisi jenuh
Gambar 10. Pemodelan kemiringan 1:2 saat kondisi jenuh
Tabel 1. Nilai Faktor Keamanan Kondisi Jenuh
Pemodelan dengan Satu Kedalaman saat Kondisi Tidak Jenuh
Pemodelan Faktor Keamanan Kemiringan 1:1 Posisi  6 m Posisi 9 m Posisi 12 m kedalaman 1m < 1 < 1 < 1 kedalaman 3m < 1 < 1 < 1 kedalaman 4,3m < 1 < 1 < 1 Kemiringan 1:1,5 Posisi  6 m Posisi 9 m Posisi 12 m kedalaman 1m 1,451 1,45 1,449 kedalaman 3m 1,450 1,442 1,420 kedalaman 4,3m 1,443 1,428 1,402 Kemiringan 1:2 Posisi  6 m Posisi 9 m Posisi 12 m kedalaman 1m 1,509 1,508 1,510 kedalaman 3m 1,508 1,506 1,480 kedalaman 4,3m 1,505 1,501 1,478

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
Saat setelah dilakukan analisis stabilitas lereng dengan pengaruh variasi kedalaman tegangan retak, variasi kemiringan tegangan retak serta variasi posisi tegangan retak untuk tiga kondisi pemodelan dapat ditarik kesimpulan bahwa:
a. Semakin jauh posisi tegangan retak, semakin dalam tegangan retak serta semakin curam kemiringan lereng maka semakin kecil pula nilai faktor keamanan dari lereng tersebut.
b. Kondisi jenuh dan tidak jenuh pada pemodelan tersebut memberikan pengaruh terhadap nilai faktor keamanan.
c. Saat  kondisi  jenuh,  nilai  faktor  keamanan  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  kondisi  tidak jenuh.
d. Bentuk  keruntuhan  tepat  terjadi  pada  tegangan  retak  secara  berkesinambungan dipengaruhi oleh kedalaman tegangan retak, posisi tegangan retak serta kemiringan lereng.

## 5.2 Saran
Studi selanjutnya disarankan pemodelan atau analisis ini dilakukan menggunakan metode lain dan  jika  akan  digunakan  metode  yang  sama,  disarankan  untuk  mencoba  pemodelan menggunakan PLAXIS 3D sehingga dapat dilakukan perbandingan.

## DAFTAR RUJUKAN
Baker,  R.  (1981).  Tensile  Strength,  Tension  Cracks,  and  Stability  of  Slopes. SOILS  AND FOUNDATION, 21(2), 1-2. Das, B. M. (2010). Principles of Geotechnical Engineering. USA: Cengage Learning.
U.S. Geological Survey. (2004, Juli). Landslide Types and Processes. Dipetik Maret 4, 2017, dari USGS science for a changing world: https://pubs.usgs.gov/fs/2004/3072/