Stabilitas Dan Deformasi Pada Tanah Lempung Lunak Di Bendungan Teritip
Rasita Mulyati 1 , Goji Pamungkas 2
Direktorat Bendungan dan Danau, Dirjen SDA, Kementerian PUPR 1 , Mahasiswa Program Magister Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang 2
Email: rasita.mulyati@pu.go.id 1 , insinyur.goji@gmail.com 2
DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v5i2.1688
Abstrak: Bendungan pada tanah lunak sangat berbeda perilakunya jika dibandingkan dengan fondasi batuan. Potensi kegagalan bendungan dapat terjadi akibat differential settlement. Penurunan total pada Bendungan  Teritip  tanpa  PVD  membutuhkan  waktu  17  tahun.  Analisis  penggunaan  PVD menunjukkan  adanya  peningkatan  kuat  geser  akibat  disipasi  tegangan  air  pori  yang  ditandai  dengan peningkatan  angka  keamanan.  Waktu  yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  konsolidasi  minimal  80% adalah  180  hari  berdasarkan  simulasi  elemen  hingga.  Penurunan  total  pada  tubuh  bendungan  adalah 1.37 meter.
Kata kunci: PVD, Penurunan, Konsolidasi, Disipasi, Tegangan Air Pori
Abstract: Dams on soft soils differ greatly in behavior when compared to rock foundations. Potential dam  failures  can  occur  due  to  differential  settlement.  The  total  reduction  in  Barnacle  dam  without PVD  takes  17  years.  Analysis  of  the  use  of  PVD  shows  an  increase  in  shear  strength  due  to dissipation  of  pore  stresses  marked  by  an  increase  in  safety  figures.  The  time  needed  to  achieve consolidation of at least 80% is 180 days based on finite element simulations. The total reduction in the body of the dam is 1.37 meters.
Keywords: PVD, Decrease, Consolidation, Dissipation, Pore Water Stress

## PENDAHULUAN
Bendungan Teritip Terletak di Desa Teritip,
Kecamatan Balikpapan Timur, Kota
Balikpapan,  Provinsi  Kalimantan  Timur. Dibangun pada tahun 2014 sampai tahun 2016 dan  di impounding pada  tahun  2017. Bendungan  merupakan  suatu  usaha  manusia untuk  melaksanakan  upaya  konservasi  dalam bidang  konservasi  sumber  daya  air.  Peran Bendungan ini sangat penting dalam menyediakan  air  baku  260  liter/detik  untuk kota Balikpapan. Hal ini membuat air menjadi salah  satu  sumber  daya  alam  terbarukan  dan memegang peranan penting dalam kehidupan.
Bendungan harus memiliki keamanan yang tinggi  karena  fungsinya  yang  vital.  Selain  itu, potensi kerusakan akibat kegagalan bendungan bukan  hanya  pada  kehilangan  fungsi  layanan air. Namun, potensi kegagalan bendungan juga menyebabkan  kerugian  materi  dan  non-materi bagi  kehidupan  di  hilir  bendungan.  Dengan demikian,  bendungan  harus  didesain  stabil baik dari sisi timbunan maupun fondasinya.
Bendungan  Teritip  merupakan  urugan tanah homogen yang berada pada tanah lunak, dengan  tinggi  bendungan  10,50  meter  dan kapasitas  tampungan  total  2,431  x 10 6 m 3 ,  hal
ini dianggap sebagai tantangan dalam perkembangan  ilmu  rekayasa  sipil  khususnya pada  kelompok  keahlian  Geoteknik.  Perilaku tanah  lunak  sangat  berbeda  daripada  fondasi batuan.  Potensi  kegagalan  bendungan  dapat terjadi  akibat differential  settlement. Hal  ini karena tanah lunak dapat mengalami penurunan yang tidak seragam.

## METODE PENELITIAN
1. Perilaku Tanah Lempung Lunak Tanah lempung lunak menurut Look (2007) merupakan  lempung  yang  mempunyai  kuat geser  antara    0  –  25  kPa.  Menurut Schmertmann  (1978),  klasifikasi  tanah  lunak berdasarkan hasil penyelidikan sondir memiliki nilai tahanan konus antara 0 – 0.4
Mpa.  Dengan  demikian,  daya  dukung  tanah lunak  untuk  menahan  beban  sangat  rendah. Beban  yang  bekerja  di  atas  tanah  lunak dibatasi  oleh  beban  kritis  yang  bergantung pada kuat geser tak terdrainasenya.
Nagaraj  &  Miura  (2001)  menguraikan karakteristik dasar yang harus dipelajari dalam soft clay engineering . Kebanyakan tanah lunak merupakan  material  yang  tidak  tersementasi dengan  baik.  Hal  ini  berhubungan  dengan
sejarah  pembebanan  masa  lalu  sehingga lempung  lunak  tidak  mengalami  peningkatan kuat  geser.  Proses  sementasi  yang  tidak  baik mengaibatkan  lempung  lunak  memiliki  pori yang  besar.  Pada  akhirnya,  lempung  memiliki kompresibilitas  yang  tinggi  sehingga  potensi penurunan  akan  meningkat  seiring  dengan meningkatnya beban yang ada di atasnya.
Selain  kuat  geser  yang  rendah  dan kompresibilitas  yang  tinggi,  kemampuan pengaliran  lempung  arah  bertikal  juga  rendah. Permasalahan  ini  sering  berhubungan  dengan lamanya  proses  disipasi  tegangan  air  pori  di dalam  lempung.  Karena  proses  disipasi  yang lama,  maka  waktu  yang  diperlukan  untuk mencapai  konsolidasi  100%  juga  akan berlangsung  lama.  Pada  kondisi  tertentu, proses  disipasi  yang  tidak  baik  akan menyebabkan  akumulasi  tegangan  air  pori. Apabila kondisi telah melewati equilibriumnya,  kegagalan  lempung  lunak akan terjadi.

## 2. Penurunan Konsolidasi
Penurunan  konsolidasi  dihitung  dengan persamaan 1 berikut ini (Das, 2010).
Dimana merupkan  koefisien  kompresi, angka  pori  awal,  dan  P  adalah  tegangan yang membebani tanah. Persamaan 1 merupakan perhitungan penurunan konsolidasi untuk  tanah  terkonsolidasi  normal.  Kriteria tanah  terkonsolidasi  normal  adalah  nilai atau  tekanan  pra-konsolidasi  lebih  besar  dari beban tanah yang bekerja saat ini ( ).
Waktu  penurunan  total  tersebut  dapat berlangsung  lama  atau  cepat  tergantung  dari jenis  tanah  yang  mempengaruhi  proses keluarnya  air,  umumnya  mampatnya  partikel- partikel mineral tanah berlangsung lambat atau dengan  kata  lain  (koefisien  konsolidasi)  dari lapisan  tersebut  sangatlah  kecil.    Prediksi waktu penurunan tersebut dihitung berdasarkan Persamaan 2 di bawah ini:
Dimana
adalah  koefisien  konsolidasi arah  vertikal  dan adalah  faktor  waktu.
Besarnya  faktor  waktu  bergantung  pada derajat  konsolidasnya.  Variasi  faktor  waktu berdasarkan waktu konsolidasinya dilihat pada Gambar 1 .
Gambar  1 . Variasi Faktor Waktu vs Derajat Konsolidasi (Das, 2010)

## 3. Perbaikan Tanah dengan PVD
Salah  satu  upaya  untuk  meningkatkan  kuat geser  dan  daya  dukung  tanah  lempung  lunak adalah dengan mempercepat terjadinya konsolidasi. Hartlen & Wolski (1996) memberikan guidance dalam  melakukan pendekatan  desain  PVD.  Derajat  konsolidasi gabungan  antara  konsolidasi  vertikal  dan horizontal  dihitung  dengan  persamaan  Callilo Persamaan 3.
Pada  persamaan  3,  konsolidasi  vertikal sangat  sedikit  pengaruhnya  dalam  percepatan konsolidasi  dengan  PVD.  Dengan  demikian, kecepatan  konsolidasi  hanya  menggunakan komponen konsolidasi arah horizontal. Sehingga  lama  waktu  yang  dibutuhkan  untuk mencapai  konsolidasi  tertentu  dengan  PVD dapat ditentukan dengan Persamaan 4.
Dimana =  koefisien  konsolidasi  arah horizontal,   =  diameter  efektif  PVD, dan   = efek smear yang terjadi pada proses konstruksi.  Dengan  menentukan  lama  waktu konstruksi  , maka jarak atau diameter D dapat ditentukan.

## 4. Aspek Tanah Lunak Terhadap Performa Bendungan
Permasalahan  tanah  lunak  pada  pondasi bendungan  dapat  membahayakan  terhadap keamanan  bendungan.  Apabila  perbaikan tanah  tidak  berlangsung  dengan  baik,  maka differential settlement dapat terjadi pada tubuh bendungan.  Menurut  Fell  et.  al.  (2015), terjadinya  perbedaan  penurunan  pada  tubuh bendungan berpotensi menghasilkan retak atau
celah  pada  tubuh  bendungan.  Apabila  celah yang  terjadi  lebar  dan  panjang,  maka  erosi internal  dapat  terjadi.  Erosi  yang  berlangsung lama akan membuat  lubang dan menyebabkan sinkhole  pada  tubuh  bendungan,  sehingga kegagalan dapat terjadi pada Gambar 2 .
Gambar  2 . Retak Tubuh Bendungan Akibat Tanah Lunak pada Pondasinya (Fell et. al., 2015).

## KOMPILASI DATA
Parameter desain berdasarkan data perencanaan PT Indra Karya (2013)
sebagaimana ditampilkan pada Tabel 1 berikut ini.  Nilai  Lamda  (λ)  dan  Kappa  (κ)  diambil berdasarkan Kempfert & Gebreselassie (2006). Dalam  Hartlen  &  Wolski  (1996),  nilai  Ch diambil dua kali dari nilai Cv.
Tabel 1 . Parameter Desain untuk Analisis Kestabilan Bendungan (PT Indra Karya, 2013)
No Parameter Fondasi tanah lunak Timbunan
Berat isi, n (kN/m 3 ) Berat isi jenuh,
sat (kN/m 3 ) Undrained shear strength, S u (kN/m 2 ) (vane shear test)
Triaksial CU : - Kohesi efektif, c’ (kN/m 2 ) 8 20 - Sudut geser dalam ef, Ø’ (....º) 14 21 5 Modulus Young, E (kN/m 2 ) 650 5000 6 Koef permeabilitas vertikal, k v (cm/s)
8 x 10 -7 2 x 10 -7
7 Koef permeabilitas horisontal, k h (cm/s) 56 x 10 -7 6 x 10 -7 8 Lamda (λ) 0.238 0.115 9 Kappa (κ) 0.052 0.0255 3 10 25 4 10 Poisson ratio, V 0.33 0.3
1 16.2 18 2 17
19
 

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis permodelan penurunan dan kestabilan  dilakukan  dengan  menggunakan metode  elemen  hingga.  Model  bendungan dapat  dilihat  pada Gambar  3 berikut.
Kemiringan  bagian  hulu  direncanakan  dengan kemiringan  5H:1V.  Penimbunan  dilakukan
dengan  cara  bertahap  dengan  tahap  I  sampai tahap  II  setinggi  2  meter.  Selanjutnya  pada tahap III dan tahap IV setinggi 3 meter.
Gambar  3 . Diskretisasi Elemen Hingga Model Bendungan Disipasi  tegangan  air  pori  pada  setiap kenaikan timbunan akan menimbulkan kenaikan  kuat  geser  tanah  di  dasar  pondasi bendungan. Kenaikan kuat geser ini bergantung  pada  tegangan  tambahan  vertikal dan  derajat  konsolidasinya.  Pada Gambar  4 , Gambar  5 , Gambar  6 ,  dan Gambar  7 ditampilkan  disipasi  tegangan  air  pori  pada tiap tahap penimbunannya.
Waktu konsolidasi,  t =
v C T H a 2 ) . (
dimana :
a =   konstanta aliran; aliran satu arah
= 1; aliran dua arah = 0,5
H =   ketebalan lapisan yang ditinjau = 6 m = 600 cm.
Cv  =   koefisien konsolidasi arah vertikal
= 5,691 x 10-4 cm2/detik
T   =   faktor waktu, untuk U = 90%, T = 0,848
Jadi t 90 = 4 2 10 691 , 5 848 , 0 600 1  x x x = 5,365 x 10 8 detik
=   17 tahun.
Dengan  perhitungan  manual,  jarak  PVD dapat  dipilih  berdasarkan Tabel  2 berikut  ini. Jarak antar PVD diambil jaraknya 1.00 meter. Tabel 2 . Pemilihan Jarak PVD Berdasarkan

## Persamaan Barron Hansbo
Pree-loading time. t x Ch / D^2 D S = D / 1,05 Ln(D/dw-0.75) eq. 2 (month) (eq.1) (meter) (meter) 3 0.96 0.685 0.65 2.56 0.96 6 1.15 0.885 0.84 3.1 1.16 9 1.16 1.08 1.03 3.11 1.17 12 1.19 1.23 1.17 3.17 1.19
Gambar  4 . Excess Pore Water Pressure (8.99 kPa) Tinggi Timbunan 2 meter (180 hari)
Gambar  5. Excess Pore Water Pressure (3.84
kPa) Tinggi Timbunan 4 meter (360 hari)
Gambar  6 . Excess Pore Water Pressure (1.00 kPa) Tinggi Timbunan 7 meter (540 hari)
Gambar  7 . Excess Pore Water Pressure (0.234 kPa) Tinggi Timbunan 10 meter (720 hari)
Disipasi  tegangan  air  pori  pada  setiap kenaikan timbunan akan menimbulkan kenaikan  kuat  geser  tanah  di  dasar  pondasi bendungan. Kenaikan kuat geser ini bergantung  pada  tegangan  tambahan  vertikal dan  derajat  konsolidasinya.  Jika  dilihat besarnya  disipasi  tegangan  seperti  pada Gambar  4,  Gambar  5,  Gambar  6,  dan Gambar  7 ,  maka  derajat  konsolidasi  sudah melampau  80%.  Berdasrkan  simulasi  tersebut, dibutuhkan  waktu  minimal  180  hari  pada setiap  tahapan  penimbunan  untuk  mencapai konsolidasi  minimal  80%  apabila  digunakan PVD.
Setiap  kenaikan  timbunan  akan  diperiksa kenaikan  angka  amannya.  Perhitungan  angka aman  menggunakan  metode  reduksi  phi/c. Perhitungan ini dilakukan dengan menurunkan nilai  shear  strength  (c  dan  phi)  dari  soil  dan selanjutnya  bagian  dari  tanah  yang  telah menyentuh selubung keruntuhan mohr columb akan  mengalami  kondisi  plastis  dan  terbentuk plastic  point.  Pada  titik  ini  akan  mengalami incremental  strain  yang  tinggi  dibandingkan titik  lain  yang  belum  mengalami  plastic.  Pada titik  dimana  incremental  strain  tinggi  pada umumnya  berbentuk  pita  atau  band.  Band  ini pada  metode  slice  pada  limit  equilibrium disebut  failure  plane  atau  bidang  kegagalan. Hasil perhitungan angka aman setelah konstruksi selesai dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 . Rangkuman FoS (factor of safety)
atau Angka Aman Pada Penimbunan Bertahap dengan Kriteria Angka Aman (US Army Corps of Engineer, 2003) Nilai FoS
(angka aman dengan phi / c reduction ) 2 meter 2.945 aman Gambar 7 4 meter 2.225 aman Gambar 8 7 meter 1.822 aman Gambar 9 10 meter 1.687 aman Gambar 10 Tinggi Timbunan Kriteria Penerimaan Kesimpulan Bidang Kegagalan 1.3
Gambar  8. Bidang Gelincir Tinggi Timbunan 2 meter (SF 2.945)
Gambar  9 . Bidang Gelincir Tinggi Timbunan 4 meter (SF 2.225)
Gambar  10 . Bidang Gelincir Tinggi Timbunan 7 meter (SF 1.822)
Gambar  11. Bidang Gelincir Tinggi
Timbunan 10 meter (SF 1.687)
Apabila simulasi dilanjutkan dengan kondisi steady saat genangan mencapai MAN, hasil angka aman menunjukkan nilai SF 1.501. Untuk  stabilitas  jangka  panjang,  angka  aman tersebut  masih  masuk  dalam  kriteria.  Hasil permodelan  angka  aman  saat  kondisi  steady dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar  12. Bidang Gelincir Tinggi Timbunan 10 meter Kondisi Steady (SF 1.501) Penurunan yang terjadi pada setiap tahapan penimbunan dapat dilihat pada grafik Gambar
13.
Perhitungan untuk
penurunan menggunakan  model  material  Soft  Soil  Clay untuk memprediksi penurunan jangka panjang. Model  SSC  merupakan  analisis  critical  soil mechanics  dengan  parameter  utama  adalah Lamda  (λ)  dan  Kappa  (κ).  Kedua  parameter tersebut  hubungan  anatar  specific  volumetrik dan  tegangan  (Kempfert  &  Gebreselassie, 2006).
Pada Gambar 17 terlihat bahwa penurunan maksimum  pada  timbunan  10  meter  adalah 1.36 meter. Penimbunan tahap I menyebabkan penurunan  sebesar  0.438  meter  atau  sepertiga dari penurunan totalnya. Penambahan timbunan  berikutnya  menyebabkan  penurunan sebesar  0.74  meter.  Dengan  penambahan timbunan  dan  waktu  konsolidasi  yang  sama, penurunan  yang  terjadi  lebih  kecil  daripada penimbunan  yang  pertama.  Hal  yang  sama juga terjadi pada tahap penimbunan selanjutnya  sampai  tahap  IV.  Berdasarkan hasil  tersebut,  pada  setiap  penambahan  tinggi timbunan  menyebabkan  kenaikan  kuat  geser dan  penurunan  indeks  kompresibilitas  tanah lempung  lunak.  Gambar  vertical  displacement hasil  permodelan  ditampilkan  pada Gambar 14,  Gambar  15,  Gambar  16  dan  Gambar 17.
Gambar  13 . Distribusi Penurunan Tanah
Pada Tiap Ketinggian Timbunan
Gambar  14 . Vertical Displacement Pada Timbunan 2 (Uy 0.438)
Gambar  15 . Vertical Displacement Pada Timbunan 4 (Uy 0.741)
Gambar  16 . Vertical Displacement Pada Timbunan 7 (Uy 1.21)
Gambar  17 . Vertical Displacement Pada Timbunan 10 (Uy 1.366)

## PENUTUP
Dari  beberapa  uraian  tentang  permodelan kestabilan  Bendungan  Teritip,  dapat  diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.
1. Penggunaan  PVD  mempu  mempercepat waktu konsolidasi yang dibutuhkan.
2. Perhitungan dengan metode Barron Hansbo bahwa  tiap  penimbunan  membutuhkan waktu  9  bulan  dengan  jarak  PVD  1.00 meter.  Berdasarkan  permodelan  elemen hingga, dibutuhkan waktu minimal 180 hari untuk mencapai derajat konsolidasi minimum.
3. PVD  mampu  meningkatkan  kuat  geser, sehingga  kestabilan  tubuh  bendungan meningkat seiring dengan terjadinya disipasi tegangan air pori. 4. Bendungan harus diamati besarnya penurunan aktual untuk mencegah terjadinya differential  settlement. Pada  saat konstruksi, piezometer dan settlement plate menjadi  instrumen  utama  untuk  menilai derajat  konsolidasinya.  Bendungan  masih dapat mengalami penurunan apabila disipasi  tegangan  air  pori  yang  signifikan masih terjadi.
5. Sebaiknya  pada  saat  investigasi,  juga dilakukan  uji  organik  untuk  mengetahui apakah  ada  potensi  penurunan  sekunder yang dapat menyebabkan differential settlement .

## DAFTAR PUSTAKA
Das,  B.  M.  (2010). Principle  of  Geotechnical Engieering (7th ed.). Connecticut:
Cengage Learning.
Fell,  R.,  MacGregor,  P.,  Stapledon,  D.,  Bell,
G.,  &  Foster,  M.  (2015). Geotechnical Engineering  of  Dams (2nd  ed.).  London: Taylor & Francis. Hartlen, J., & Wolski, W. (1996). Embankment on  Organic  Soil .  Amsterdam:  Elsevier Science B. V. Kempfert,  H.-G.,  &  Gebreselassie,  B.  (2006). Excavations  and  Foundations  in  Soft Soils . Berlin: Springer. Look, B. G. (2007). Handbook of Geotechnical Investigation and DesignTables . London: Taylor & Francis. Nagaraj,  T.  .,  &  Miura,  N.  (2001). Soft  Clay Behaviour  (Analysis  and  Assessment) . Rotterdam: A.A Balkema.
PT  Indra  Karya.  (2013). Laporan  Akhir Persetujuan Desain Sertifikasi Bendungan Teritip . Balikpapan.
Schmertmann,  J.  H.  (1978). Guidelines  for Cone  Penetration  Test :  Performance and Design . Washington DC.
US  Army  Corps  of  Engineer.  (2003). Slope Stability  EM  1110-2-1902 .  Washington DC.