© Jurusan Teknik Sipil Itenas | Vol. 2 | No. 2
Jurnal Online Institut Teknologi Nasional uni J 2016

## Analisis Stabilitas Lereng Menggunakan Perkuatan Tanaman Switchgrass
NUGRAHA, FIKRI YUDHISTIRA 1 , HAMDHAN, INDRA NOER 2 1 Mahasiswa, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional
2 Dosen, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional Email : fikriynugraha@gmail.com

## ABSTRAK
Faktor  cuaca  merupakan  salah  satu  faktor  yang  menyebabkan  longsor,  upaya penanganan  longsor  pada  lereng  melalui  rekayasa  geoteknik  dengan  menggunakan teknik-teknik perkuatan tanah membutuhkan penyelesaian dengan  biaya yang sangat mahal.  Adapun  cara  alternatif,  yaitu  dengan  sistem  soil  bioengineering  berupa pemanfaatan  tanaman,  akar  merupakan  bagian  terpenting  karena  keberadaan  akar pada  tanah  berpengaruh  terhadap  meningkatnya  nilai  kohesi  tanah.  Tanaman  yang dapat  digunakan  yaitu  tanaman  Switchgrass,  yang  memiliki  panjang  akar  mencapai kedalaman maksimal  3-4 m. Pemodelan dilakukan dengan  mempertimbangkan faktor hujan,  kemiringan  lereng,  jenis  tanah,  kedalaman  akar,  dan  diameter  akar.  Hasil analisis  menggunakan  Program  PLAXIS  2D  AE  yang  berbasis  Elemen  Hingga menunjukkan  kenaikan nilai faktor keamanan akibat  perkuatan tanaman Switchgrass. Persentase  kenaikan  terbesar  kondisi  tanpa  hujan  dan  kondisi  dengan  hujan  terjadi pada tanah pasir dengan kemiringan lereng 1 : 1,5 terhadap diameter akar 0,75 mm dengan kedalaman akar 1,5 m, yaitu sebesar 13,79% untuk kondisi tanpa hujan dan 16,24% untuk kondisi dengan hujan.
KataKunci : soil bioengineering, tanaman Switchgrass, nilai faktor keamanan, stabilitas lereng.

## ABSTRACT
Weather factor is one of many factors that causes landslides,  efforts to handling the landslide on slope through geotechnical engineering with soil reinforcement technique require  completion  at  a  cost  that’s  very  expensive.  As  an  alternative  way,  soil bioengineering system in the form of utilization of plants can be chosen and the root is the most important  part  because the existence of the root on the ground affects on increasing the value of soil cohesion. The plants that can be used namely Switchgrass, which has long roots reaching a maximum depth of 3-4 m. The modeling have been done by considering the rain factor, inclination of slope, soil type, root depth and root diameter. The result of analysis with Program PLAXIS 2D AE indicate the value of the safety  factor  are  increased  due  to  plant  Switchgrass.  The  largest  increase  in  the percentage of the condition without rainfall and conditions with rainfall are sand, with a slope  1:1.5  root  diameter  0.75  mm,  depth  of  root  1.5  m,  that  is  13.79%  for  the condition without rainfall and 16.24% for the condition with rainfall.
Keywords : soil bioengineering, Switchgrass, safety factor, slope stability.

## 1. PENDAHULUAN
Curah  hujan  dengan  durasi  yang  lama  disertai  dengan  intensitas  yang  tinggi  dapat menyebabkan runoff. Hal ini menyebabkan semakin besarnya tegangan air pori positif pada  tanah,  sehingga  tegangan  geser  tanah  menjadi  berkurang  dan  daya  dukung tanah tanah juga berkurang yang dapat menyebabkan bencana longsor.
Penanganan  longsor  pada  lereng  menggunakan  rekayasa  geoteknik  dengan  teknik- teknik  perkuatan  tanah  membutuhkan  penyelesaian  dengan  biaya  sangat  mahal. Adapun cara alternatif, yaitu sistem soil bioengineering berupa pemanfaatan tanaman. Akar  merupakan  bagian  terpenting  karena  berkemampuan  mengikat  tanah  sangat berguna untuk konstruksi penahan lereng disamping itu akar dapat menyerap air dari dalam  tanah  dan  dilepas  ke  atmosfer.  Tanaman  yang  digunakan  yaitu  Tanaman Switchgrass.
Tujuan  tugas  akhir  ini  adalah  menganalisis  pengaruh  tanaman Switchgrass  pada kestabilan  lereng  dengan  adanya  faktor  hujan,  kemiringan  lereng,  dan  jenis  tanah yang dimodelkan dengan Program PLAXIS 2D AE yang berbasis Elemen Hingga untuk mengetahui faktor keamanan lerengnya.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Lereng
Lereng adalah permukaan tanah yang miring dan membentuk sudut tertentu terhadap suatu  bidang  horizontal.  Permasalahan  dari  sebuah  lereng  adalah  kelongsoran. Kelongsoran  terjadi  karena  pergerakan  tanah  untuk  mencari  keseimbangan  atau kestabilan daya dukung tanah. Berikut tipe-tipe longsoran secara umum:
1) Longsoran jatuhan
2) Longoran robohan
3) Longsoran gelinciran 4) Longsoran aliran 5) Longsoran rayapan 6) Longsoran translasi
7) Longsoran rotasi
Secara  umum  faktor  yang  menyebabkan  kelongsoran  lereng  ada  dua  yaitu  faktor internal  dan  faktor  eksternal.  Faktor  internal  adalah  faktor  yang  berasal  dari  tubuh lereng, faktor tersebut antara lain:
1) Material pembentuk lereng 2) Kemiringan lereng 3) Muka air tanah 4) Struktur geologi lereng
Sedangkan faktor eksternal adalah faktor dari luar tubuh lereng, faktor tersebut antara lain:
1) Inflitrasi air hujan
2) Geteran
3) Ketidakseimbangan beban di puncak dan di kaki lereng.
4) Vegetasi

## 2.2 Teori Keruntuhan Mohr Coulomb
Coulomb  memperkenalkan  teori  geser  maksimum  ( the  maximum  shear  theory)  yang menyatakan bahwa keruntuhan ( failure) nilai tekanan pada saat terjadinya perubahan bentuk  tetap  terjadi  jika  tekanan  geser  yang  diberikan  mencapai  nilai  kritis  dari kemampuan tanah. Teori ini kemudian disempurnakan oleh Mohr yang dikenal dengan teori  Mohr  Coulomb  yang  ditunjukkan  pada Gambar  1 .  Teori  Mohr  Coulomb menyatakan  bahwa  tegangan  geser  tanah  mempunyai  hubungan  fungsional  dengan
kohesi  tanah  dan  friksi  antar  partikel  yang  dikemukakan  dalam  bentuk  persamaan sebagai berikut.
τ = c + σ tan ϕ (1)
Keterangan: τ = tegangan geser tanah c = kohesi σ = tegangan normal ϕ = sudut geser dalam Pada  tanah  kondisi  jenuh  air,  besar  tegangan  normal  total  pada  sebuah  titik  sama dengan jumlah tegangan efektifnya ditambah tegangan air pori, atau:
τ = c + (σ – u) tan ϕ = c + σ’ tan ϕ (2)
Keterangan: u = tegangan air pori σ’ = tegangan efektif
Gambar 1. Keruntuhan Mohr Coulomb (Sumber: Braja M Das, 1995)

## 2.3 Soil Bioengineering
Bioengineering secara umum dapat didefinisikan sebagai suatu yang berkaitan dengan penggunaan  material  hidup.  Metode soil  bioengineering  untuk  stabilisasi  lereng merupakan  suatu  usaha  menutupi  permukaan  lereng  yang  terbuka  dengan  tanaman agar  dapat  mengurangi  infiltrasi  aliran  air  ke  dalam  tanah.  Bagian  akar  merupakan bagian terpenting karena berkemampuan mengikat tanah sangat berguna untuk sistem konstruksi penahan lereng disamping akar dapat menyerap air dalam tanah yang dapat menurunkan tegangan air pori.
Faisal  dan Normaniza  (2008),  menyatakan  keberadaan  akar  pada  tanah  berpengaruh terhadap  meningkatnya  kohesi  tanah  tetapi  pengaruh  terhadap  sudut  geser  tanah tidak  terlalu  besar.  Pengaruh  tersebut  diimplementasikan  dalam  hukum  Keruntuhan Mohr-Coulomb (Wu, 1979).
τ = (c + cR) + (σ – u) tan ϕ (3)
c R = 1.2 T R RAR (4)
Keterangan: c R = konstribusi akar terhadap kohesi tanah T R = kuat tarik akar Untuk rasio daerah akar (RAR) digunakan persamaan linear ditunjukkan pada Gambar 2 dengan distribusi rasio daerah akar (RAR) = (1/400) * (2-z).
Gambar 2. Kurva hipotesis dari rasio daerah berakar (RAR) dengan kedalaman (z)
(Sumber: Daniele Cazzuffi & Enrico Crippa, 2005)

## 2.4 Tanaman Switchgrass (Panicum Virgatum)
Tanaman Switchgrass  adalah  alang-alang  yang  berasal  dari  Amerika  dan  dikenal karena  daya  tahan  dan  pertumbuhannya  yang  cepat.  Hal  itu  seringkali  disebutkan sebagai  suatu  yang  berlimpah  yang  kemungkinan  besar  untuk  bahan  baku  etanol generasi kedua.
Tanaman ini dapat mencapai tinggi 2 m dan akar dapat mencapai kedalaman maksimal 3-4  m.  Switchgrass  dapat  tumbuh  pada  semua  jenis  tanah,  cepat  bersemi,  dan diameter akar sebesar 0,76 – 1,91 mm ditunjukkan pada Gambar 3 .
Gambar 3. Tanaman Switchgrass ( Panicum Virgatum) (Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/panicum_virgatum)
Dari  hasil  pengujian  menggunakkan  mesin  uji  tarik  yang  dilakukan  oleh  Daniele Cazzuffi dan Enrico Crippa (2005), hasilnya dapat dikorelasikan menjadi kekuatan tarik maksimum (T R ) vs diameter akar (d) yang dapat dilihat pada Gambar 4 .
Gambar 4. Kekuatan tarik (T R ) vs diameter akar (d) (Sumber: Daniele Cazzuffi & Enrico Crippa, 2005)
Dari Gambar 4 tersebut dikorelasikan menjadi persamaan sebagai berikut:
𝑦 = 29,37  × 𝑒 −0,333×𝑋 (5)

## 3. ANALISIS DATA

## 3.1 Metode Penelitian
Analisis  pengaruh  perkuatan  tanaman Switchgrass  terhadap  stabilitas  lereng  dengan menggunakan Program PLAXIS 2D AE yang berbasis elemen hingga, prosedur analisis yang dilakukan ditunjukkan dengan bagan alir seperti pada Gambar 5 .
Gambar 5. Bagan alir pemodelan lereng dengan Program PLAXIS 2D AE.

## 3.2 Data Pemodelan Lereng
Data-data  yang  digunakan  didapat  dari  penelitian  sebelumnya  sebagai  dasar  untuk menentukan data pemodelan lereng pada tugas akhir ini. Data tersebut yaitu:
1) Jenis  tanah  yang  akan  dimodelkan  berupa  tanah  satu  lapis,  yaitu  tanah  pasir dan  tanah  pasir  lanauan  dengan  nilai  parameter  tanah  yang  ditunjukan  pada Tabel 1 .
Tabel 1. Nilai Parameter Tanah Keterangan  sat (kN/m 3 )  unsat (kN/m 3 ) c (kN/m 2 )     (kN/m 2 )   x (m/h) Pasir 20 18 0,3 35 30000 0,3 0,297
Pasir lanauan 20 18 10 35 30000 0,3  0,1458 2) Geometri lereng yang digunakan untuk pemodelan, yaitu 1V : 1,5H ; 1V : 1,75 H ; 1V : 2H.
3) Data hujan berupa durasi curah hujan selama 24 jam dengan intensitas curah hujan sebesar 0,02 m 3 /jam.

## 3.3 Analisis Stabilitas Lereng Kondisi Eksisting Tanpa Hujan
Analisis stabilitas lereng kondisi eksisting akan ada 6 (enam) pemodelan berdasarkan jenis  tanah  dan  kemiringan  lereng.  Hasil  analisis  kondisi  eksisting  tanpa  hujan  yang didapat  berupa  nilai  faktor  keamanan,  bidang  longsor,  diagram saturation,  dan diagram suction. Hasil analisis tersebut ditunjukan pada Gambar 6.

## Gambar 6. Hasil analisis stabilitas lereng kondisi eksiting tanpa hujan.
Pada  gambar  di  atas  dapat  dilihat  bahwa  nilai  faktor  keamanan  yang  terkecil  terjadi pada  tanah  pasir  dengan  kemiringan  lereng  1  :  1,5,  yaitu  sebesar  1,075.  Dan  untuk nilai  faktor  keamanan  tertinggi  terjadi  pada  tanah  pasir  lanauan  dengan  kemiringan lereng  1  :  2,  yaitu  sebesar  2,147.  Bidang  longsor  yang  terjadi  pada  tanah  pasir merupakan tipe keruntuhan lereng dan pada tanah pasir lanauan bidang longsor yang terjadi merupakan tipe keruntuhan kaki lereng.

## 3.4 Analisis Stabilitas Lereng Kondisi Eksisting Dengan Hujan

## Tanah Pasir
Tanah Pasir Lanauan
Analisis  dilanjutkan  terhadap  lereng  kondisi  eksisting  dengan  menambahkan  hujan selama 24 jam. Adapun hasil analisis yang dilakukan pada dua jenis tanah dengan tiga kemiringan lereng disajikan pada Gambar 7 .
Gambar 7. Hasil analisis stabilitas lereng kondisi eksiting dengan hujan.

## 3.5 Analisis  Stabilitas  Lereng  Menggunakan  Perkuatan  Tanaman Switchgrass
Pada  penelitian  ini,  lereng  diperkuat  menggunakan  perkuatan  tanaman Switchgrass. Pada  analisis  stabilitas  lereng  menggunakan  perkuatan  tersebut  akan  dilakukan pemodelan dengan kedalaman akar sebesar 0,5 m, 1 m, dan 1,5 m dengan diameter akar yang dimodelkan sebesar 0,75 mm, 1,125 mm, dan 1,91 mm.
Keberadaan akar pada tanah berpengaruh terhadap daya dukung tanah karena dapat menambah nilai kohesi pada tanah. Pengaruh tersebut dapat diimplementasikan dalam hukum  keruntuhan  Mohr-Coulomb.  Besarnya  pengaruh  akar  terhadap  kohesi  tanah dapat dilihat pada Tabel 2 .
Tabel 2. Pengaruh Akar Terhadap Kohesi Tanah
No d (mm) z (m) T R (mPa) C R (kPa) 1 0,75 0,5 22,879 102,956 2 0,75 1 22,879 68,637 3 0,75 1,5 22,879 34,319 4 1,125 0,5 20,193 90,870 5 1,125 1 20,193 60,580
Tanah Pasir Lanauan Tanah Pasir
6 1,125 1,5 20,193 30,290 7 1,91 0,5 15,548 69,967 8 1,91 1 15,548 46,645 9 1,91 1,5 15,548 23,322
3.5.1 Analisis  Stabilitas  Lereng  Menggunakan  Perkuatan  Tanaman Switchgrass Tanpa Hujan.
Pada Gambar  8 dan Tabel  3 sampai Tabel  5 menunjukkan  hasil  analisis  stabilitas lereng  dengan  menggunakan  perkuatan  tanaman Switchgrass  tanpa  hujan  berupa bidang longsor, nilai faktor keamanan, diagram saturation, dan diagram suction.
Gambar 8. Hasil analisis stabilitas lereng menggunakan perkuatan tanaman Switchgrass tanpa hujan pada kemiringan lereng 1 : 1,5 (diameter akar 0,75 mm).
Tabel 3. Nilai Faktor Keamanan (SF) stabilitas lereng menggunakan perkuatan tanaman Switchgrass Tanpa hujan (Diameter akar 0,75 mm) No Kemiringan Lereng Kedalaman Akar (m) Nilai SF Pasir Pasir Lanauan 1 1 : 1,5 0,5 1.215 1.890 2 1 1.314 1.938 3 1,5 1.419 1.994 4 1 : 1,75 0,5 1.381 2.052 5 1 1.467 2.083 6 1,5 1.556 2.129 7 1 : 2 0,5 1.545 2.215 8 1 1.617 2.242
Tanah Pasir
Tanah Pasir Lanauan
9 1,5 1.702 2.281 Tabel 4. Nilai Faktor Keamanan (SF) stabilitas lereng menggunakan perkuatan tanaman Switchgrass Tanpa hujan (Diameter akar 1,125 mm) No Kemiringan Lereng Kedalaman Akar (m) Nilai SF Pasir Pasir Lanauan 1 1 : 1,5 0,5 1.214 1.887 2 1 1.314 1.932 3 1,5 1.418 1.986 4 1 : 1,75 0,5 1.381 2.049 5 1 1.466 2.083 6 1,5 1.555 2.127 7 1 : 2 0,5 1.545 2.209 8 1 1.616 2.239 9 1,5 1.701 2.274 Tabel 5. Nilai Faktor Keamanan (SF) stabilitas lereng menggunakan perkuatan tanaman Switchgrass Tanpa hujan (Diameter akar 1,91 mm) No Kemiringan Lereng Kedalaman Akar (m) Nilai SF Pasir Pasir Lanauan 1 1 : 1,5 0,5 1.213 1.886 2 1 1.312 1.930 3 1,5 1.414 1.983 4 1 : 1,75 0,5 1.381 2.045 5 1 1.463 2.080 6 1,5 1.553 2.214 7 1 : 2 0,5 1.545 2.209 8 1 1.614 2.239 9 1,5 1.698 2.274
Pada gambar dan tabel di atas, dihasilkan bahwa semakin dalam kedalaman akar yang dimodelkan maka nilai faktor keamanan semakin besar. Dan diameter akar yang paling besar pengaruhnya terhadap nilai faktor keamanan adalah diameter sebesar 0,75 mm, walaupun pengaruh tersebut tidak jauh berbeda dengan diameter akar 1,125 mm dan 1,91 mm.
3.5.2 Analisis  Stabilitas  Lereng  Menggunakan  Perkuatan  Tanaman Switchgrass Dengan Hujan.
Analisis stabilitas lereng dengan menggunakan perkuatan tanaman Switchgrass dengan hujan selama 24 jam, analisis hanya dilakukan pada pemodelan dengan diameter akar 0,75  mm.  Hasil  analisis  berupa  bidang  longsor,  nilai  faktor  keamanan,  diagram saturation,  dan  diagram  suction  ditunjukkan  pada Gambar  9 dan Tabel  6 .  Adanya penurunan nilai faktor keamanan akibat hujan selama 24 jam pada semua pemodelan stabillitas lereng.
Gambar 9. Hasil analisis stabilitas lereng menggunakan perkuatan tanaman Switchgrass dengan hujan pada kemiringan lereng 1 : 1,5.
Tabel 6. Nilai Faktor Keamanan (SF) stabilitas lereng menggunakan perkuatan
tanaman Switchgrass dengan hujan No Kemiringan Lereng Kedalaman Akar (m) Nilai SF Pasir Pasir Lanauan 1 1 : 1,5 0,5 1.168 1.864 2 1 1.289 1.915 3 1,5 1.403 1.977 4 1 : 1,75 0,5 1.304 2.034 5 1 1.423 2.063 6 1,5 1.521 2.116 7 1 : 2 0,5 1.405 2.198 8 1 1.577 2.211 9 1,5 1.671 2.265

## 4. KESIMPULAN
Terjadi perubahan tipe bidang longsor, pada tanah pasir sebelum lereng menggunakan perkuatan  tanaman Switchgrass  bidang  longsor  yang  terjadi  merupakan  tipe keruntuhan  lereng  dan  setelah  menggunakan  perkuatan  menjadi  tipe  keruntuhan dasar.  Bidang  longsor  yang  terbentuk  pada  tanah  pasir  lanauan  sebelum  diberi

## Tanah Pasir
Tanah Pasir Lanauan
perkuatan bidang longsor merupak tipe keruntuhan kaki dan setelah diberi perkuatan bidang longsor yang terjadi merupakan tipe keruntuhan dasar.
Hasil analisis menunjukkan kenaikkan nilai faktor keamanan akibat perkuatan tanaman Switchgrass. Persentase kenaikan terbesar pada kondisi tanpa hujan terjadi pada tanah pasir  dengan  kemiringan  lereng  1  :  1,5  terhadap  diameter  akar  0,75  mm  dengan kedalaman akar 1,5 m, yaitu sebesar 13,79%. Pada kondisi dengan hujan terjadi pada tanah pasir dengan kemiringan lereng 1 : 1,5 terhadap diameter akar 0,75 mm dengan kedalaman akar 1,5 m, yaitu sebesar 16,24%.
Terjadi penurunan nilai faktor keamanan pada perkuatan tanaman Switchgrass setelah adanya hujan selama 24 jam, Persentase penurunan terbesar terjadi pada tanah pasir terhadap  kemiringan  lereng  1  :2  dengan  kedalaman  akar  0,5  m  sebesar  4,75%  dan persentase  penurunan  terkecil  terjadi  pada  tanah  pasir  lanauan  terhadap  kemiringan lereng 1 : 2 dengan kedalaman akar 1,5 m sebesar 0,31%.

## DAFTAR PUSTAKA
Cazzuffi,  D.,  &  Crippa,  E.  (2005).  Contribution  of  Vegetation  to  Slope  Stability:  An Overview  of  Experimental  Studies  Carried  Out  on  Different  Types  of  Plants. Erosion of Soils and Scour of Foundations.
Coder, Kim. D. (2010). Root Strength & Tree Anchorage. Warnell Scholl of Forestry & Natural Resources University of Georgia.
Das,  B.  M.  (1995).  Mekanika  Tanah  (Prinsip-Prinsip  Rekayasa  Geoteknik),  Jilid  2, Erlangga, Jakarta, Indonesia.
Faisal, H., & Normaniza, O. (2008). Shear strength of soil containing vegetation roots. Soils and Foundation, 48(4), pp. 587-596. Geologi Rekayasa Unhas, 2011. (http://geologirekayasaunhas.blogspot.co.id), diakses tanggal 25 Oktober 2015. Geological Mindset, 2014.
(http://rhaydenmazzrhezky.blogspot.co.id), diakses tanggal 25 Oktober 2015.
Hamdhan,  I.  N.  (2013).  A  Contribution  to  Slope  Stability  Analysis  with  the  Finite Element Method. Graz. Gruppe Geotechnil Graz.
Pratiwi, D. A. (2015). Pengaruh Infiltrasi Hujan Dalam Analisis Stabilitas Lereng Kondisi Jenuh  Sebagian  Menggunakan  Metode  Elemen  Hingga.  Bandung:  Institut Teknologi Nasional.
Pustekkom, 2007.
(http://idkf.bogor.net), diakses tanggal 25 Oktober 2016.
Santiawan,  I  Nym  G,  W.,  Wardana,  I  Gusti  N.,  &  Redana,  I  Wayan.  (2007). Penggunaan  Vegetasi  (Rumput  Gajah)  Dalam  Menjaga  Kestabilan  Tanah Terhadap Kelongsoran. Jurnal Ilmiah Teknik Sipil Vol 11, No. 1.
Simon,  A.,  &  Collison,  J.  (2002).  Quantifying  the  Mechanical  and  Hydrologic  Effect  of Riparian Vegetation on Streambank Stability. Earth Surface Processes Landforms 27, 527-546.
Stokes, Alexia., Spanos, Ioannis., Norris, Joanne E., & Cammeraat, Erik. (2004). Eco- and Ground Bio-Engineering The Use of Vegetation to Improve Slobe Stability. Proceedings of the First International Conference on Eco-Engineering.
Trestyawan, V.F. (2015). Pengaruh Hujan Terhadap Perkuatan Lereng dengan Kondisi Partially Saturated Soil Menggunakan Metode Elemen Hingga (Studi Kasus Ruas
Jalan  Pasir  Madang  –  Kiarabeha  Kab.  Bogor,  Jawa  Barat).  Bandung:  Institut Teknologi Nasional.
Vetiver Indonesia, 1990. (https://vetiverindonesia.wordpress.com), diakses tanggal 21 Oktober 2015. Wu, T., McKinnell, I., & Swanston, D. (1979). Strength of tree roots and landslides on Prince of Wales Island, Alaska. Canadian Geotechnical Journal 16, 19-33.