DOI: https://doi.org/10.14710/mkts.v23i1.14738

## Analisis Efektivitas Model Perkuatan dengan Injeksi Semen untuk Peningkatan Angka Keamanan Lereng
* Sumirin, Rifqi Brilyanto Arief
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Islam Sultan Agung, Semarang
*) sumirinms@gmail.com
Received: 19 Mei 2017 Revised: 29 Mei 2017 Accepted: 7 Juni2017

## Abstract
The problem of slope stability can be overcome by grouting of cement paste. But, the question often arises as to the extent of grouting of cement paste can increase the factor of safety. This study aims to determine the effectiveness  of  the  effect  of  grouting  on  increasing  safety  factor  on  the  slope of  embankment.  Experiments have been conducted in the laboratory using 6 types of mixed samples of sand and coarse aggregate. Field testing was conducted on 1  model to determine the effectiveness of grouting. The results of the experiments show that the injection of cement paste in this study proved to be effective in strengthening the  embankment with the content of coarse aggregate 60%. The increase factor of safety (FS) using grouting is from FS= 1.9 (33.3%)  to  FS  =  2.80  (90.0%).  Factors  determining  the  effectiveness  of  injection  are:  (a)  injection  method with drilling technique before injection to form cement column; (b) the optimum of water-cement ratio w/c = 1.5; (c) the ratio of spacing and injection diameter Lg / Dg = 8, the depth of injection 0.75 from the height of the embankment.
Keywords: Slope, embankment, factor of safety, grouting

## Abstrak
Masalah  kelongsoran pada lereng  timbunan tanah dapat diatasi dengan cara injeksi pasta semen.   Namun sering timbul pertanyaan sejauh mana injeksi pasta semen dapat meningkatkan angka keamanan. Penelitian ini  bertujuan  untuk  mengetahui  efektivitas  pengaruh  injeksi  cairan  semen  terhadap  peningkatan  angka keamanan lereng pada timbunan tanah granular. Pengujian telah dilakukan di laboratorium menggunakan 6 jenis  sampel  campuran  pasir  dan  batu  krosok.  Pengujian  di  lapangan  dilakukan  terhadap  1  model  lereng timbunan untuk mengetahui efektivitas pelaksanaan injeksi pasta semen. Hasil-hasil percobaan menunjukkan injeksi  pasta  semen  dalam  penelitian  ini  terbukti  efektif  untuk  memperkuat  lereng  tanah  bergradasi  kasar dengan kandungan batu krosok sampai 60%. Peningkatan angka keamanan  dengan perkuatan injeksi pasta semen mulai dari FS = 1,9 (33,3 %) sampai FS = 2,80 (90,0%). Faktor yang menentukan efektivitas injeksi adalah  :  (a)metode  injeksi  dengan  teknik  pengeboran  sebelum  diinjeksi  sehingga  terbentuk  kolom  semen; (b)faktor  air  semen  yang  optimum  w/c=1,5;  (c)  rasio  jarak  dan  diameter  injeksi  Lg  /  Dg  =  8,  kedalaman injeksi 0,75 dari ketinggian timbunan.
Kata-kata kunci: Lereng, timbunan, angka keamanan, injeksi

## Pendahuluan
Pekerjaan timbunan tanah pada umumnya digunakan  untuk  konstruksi  jalan  raya  atau pekerjaan  sipil  lainnya.  Dalam  pelaksanaan pekerjaan  timbunan  banyak  dijumpai  kemiringan lereng  cukup  terjal  tanpa  perkuatan  dinding penahan  tanah  atau  perlindungan  lereng  yang mengakibatkan  terjadi  kasus  kelongsoran.  Salah satu  contoh  yang  dijumpai  di  Indonesia  adalah
pada tahun 2006 terjadi kelongsoran lereng di jalan tol  Cipularang  yang  mengakibatkan  badan  jalan ambles (Liong, 2006). Solusi yang dilakukan untuk mengatasi  kelongsoran  antara  lain  adalah  dengan melakukan  injeksi  ( grouting )  cairan  semen  pada timbunan  tanah  dengan  arah  memotong  bidang gelincir.  Seberapa  besar  faktor  atau  angka keamanan  kestabilan  lereng  timbunan  tanah dengan  perkuatan  injeksi  cairan  semen  adalah merupakan hal yang penting untuk diketahui.
Seperti  yang  disarankan  oleh  Abramson et  al.,
(1995)  bahwa  ada  lima  metode  stabilisasi  lereng timbunan  yaitu:  pengurangan  beban,  drainase, buttressing , perkuatan ( reinforcement ) dan dinding penahan tanah. Salah satu metode perkuatan lereng adalah grouting . Grouting atau  injeksi  adalah metode  penyuntikan  bahan  semi  kental  ( slurry material )  ke  dalam  tanah  atau  batuan  melalui lubang  bor,  dengan  tujuan  menutup  diskontruksi terbuka,  rongga-rongga  dan  lubang-lubang  pada lapisan  yang  dituju  untuk  meningkatkan  kekuatan tanah  (Dwiyanto,  2005;  Salimian et  al., 2017; Zhang, 2017; Zhang et al., 2017; Cai et al., 2017; Alberti et  al., 2017).  Berdasarkan  fungsinya grouting terbagi  menjadi  dua  macam  yaitu grouting  tirai  dan  grouting  konsolidadi  (Udiana, 2013).  Desain  Campuran  Semen  dan Air  pada Pekerjaan  Grouting  Proyek  Bendungan/Waduk Nipah  Madura-Jawa  Timur Bahan-bahan  yang biasanya  dijadikan  sebagai  material  pengisi  pada grouting diantaranya  campuran  semen  dan  air; campuran  semen,  abu  batu  dan  air;  campuran semen, clay dan  air;  campuran  semen, clay ,  pasir dan  air; asphalt ;  campuran clay dan  air  dan campuran  bahan  kimia  (Suryo  Hapsoro  &  Tri Utomo, 2007).
Suharjanto  dan  Teguh  Widodo  (2008)  melakukan grouting semen  dan  perkuatan  geotekstil  sebagai solusi  perbaikan  tanah  dasar  ruas  jalan  Smewah- Sukaraja  yang  merupakan  jalan  masuk  menuju lokasi  pemboran  minyak  Sukaraja.  Hasilnya menunjukkan  bahwa  tanah  dasar  ruas  jalan Smewah-Sukaraja  memiliki  nilai  batas  cair 35,53%, indeks plastisitas 15,98, CBR 0,1” 3,31% dan  CBR  0,2”  2,65  %  sehingga  tidak  memenuhi persyaratan  sebagai subgrade jalan.  Waktu pelaksanaan  perbaikan  tanah  metode  semen  dan perkuatan  geotekstil  adalah  120  hari,  dan  90  hari. Anggaran biaya perbaikan tanah metode semen-tanah  dan  perkuatan  geotekstil  masing- masing adalah Rp5.279.500.000,00 dan Rp5.223.000.000,00.
Untuk  mengetahui  perilaku  kelongsoran  lereng pada  timbunan,  beberapa  peneliti  terdahulu  telah melakukan kajian terhadap model. Teaching model pada Experimental  Soil  Mechanics  and  Dynamics Laboratory  Nanyang  Technological  University memakai bejana transparan (kaca) dan pasir untuk memodelkan  tekanan  pasif  tanah  ketika  didesak oleh  deformasi  lateral  dinding.  Allersma  (2006) mempublikasikan  pemodelan  perbaikan  stabilitas lereng  tanggul  dengan  pada  bejana  kaca  untuk memodelkan  perbaikan  angka  keamanan  dan deformasinya,  dengan  metode geotextile dan soil nailing .  Peneliti  dari  Indonesia,  Fabian  dan Manoppo  (2011),  juga  melakukan  pemodelan
lereng timbunan di laboratorium dengan menggunakan bejana kaca.
Angka  atau  faktor  keamanan  ( factor  of  safety = FS) timbunan tanah didefinisikan sebagai perbandingan  antara  jumlah  kekuatan  atau  gaya geser  sepanjang  bidang  longsor  atau  gelincir  (  ) dengan gaya dorong (S),
FS=  /S (1)
dimana kekuatan geser dihitung dari  = W cos(  ) tan  (  )  +  c  L,  sedangkan  gaya  dorong  dihitung dengan  S  =  (W+V)  sin  (  ),  W  =  berat  segmen tanah,  V  =  beban  luar,  c  =  kohesi  tanah,  L  = jumlah panjang bidang gelincir,  =sudut kemiringan lereng, dan  =sudut geser dalam tanah (Abramson et  al .,  1995),  Gambar  1.  Makin  besar angka  kemanan  FS  maka  timbunan  tanah  makin kecil kemungkinan terjadinya kelongsoran.

## Gambar 1. Bidang longsor timbunan tanah
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui efektivitas pengaruh injeksi cairan  semen terhadap peningkatan angka keamanan lereng pada timbunan  tanah  granular. Percobaan  dilakukan dengan variasi faktor air semen w/c, variasi gradasi butiran  tanah  dan  variasi  kemiringan  lereng  akan menghasilkan variasi angka keamanan lereng.

## Metode Penelitian

## Pengujian properties material
Pengujian  telah  dilakukan  menggunakan  peralatan dan  fasilitas  yang  ada  di  Laboratorium  Mekanika Tanah  dan  Laboratorium  Struktur  dan  Bahan Fakultas  Teknik  Universitas  Islam  Sultan  Agung Semarang  pada  tahun  2015-2016.  Data  material dan  benda  uji  yang  digunakan  disajikan  pada Tabel  1.  Material grouting yang  dipergunakan adalah campuran semen dan air dengan perbandingan  semen-air    ( water  cement  ratio )  :
0,6; 0,8; 1; 1,2; 1,5; 1.7; 2.0. Dari percobaan pasta semen  yang  dibuat,  diperoleh  faktor  w/c  =  1,5 dengan  jumlah  semen  yang  lebih  sedikit  tetapi dapat  membentuk  pasta  yang  dapat  mengeras  dan solid.
Bidang longsor

## Sumirin, Rifqi Brilyanto Arief

## Tabel 1. Sampel benda uji
Nomor benda uji Komposisi benda uji Kohesi c (kPa) Sudut geser dalam Ø (°) 1 Pasir 100% 0,35 26 2 Pasir 80% + krosok 20% 0,57 30 3 Pasir 60% + krosok 40% 0,70 34 4 Pasir 40% + krosok 60% 1,00 38 5 Pasir 20% + krosok 80% 2,50 42 6 Pasir 100% 4,00 45

## Analisis model
Pengujian  model  pada  tahap  pertama  dilakukan dengan analisis menggunakan Program Plaxis(7.2), dengan data properties tanah hasil uji laboratorium. Pada  analisis  model,  sudut  lereng  dengan  kondisi mula-mula  45°  dan  ditingkatkan  secara  bertahap menuju sudut lereng 90°, dimana angka  keamanan setiap tahap dicatat (Gambar 2). Sudut lereng yang dicari  dalam  analisis  ini  adalah  untuk  angka keamanan  FS=1  yaitu  pada  kondisi  kritis  sebelum longsor.
Gambar 2. Analisis model dengan teknik pemotongan untuk mendapatkan sudut lereng FS=1.

## Pengujian kelongsoran di laboratorium
Peralatan  dalam  penelitian  ini  menggunakan bejana kaca kedap air  yang diisi dengan benda  uji bahan  tanah  pasir  dalam  penelitian  ini  pada Gambar 3.
Setiap benda uji (1 sampai dengan 6) sudut lereng tanah  dalam  bejana  kaca  dibentuk  dengan  besaran sudut 45 derajat, kemudian menerjalkan kemiringan lereng secara bertahap menjadi 48, 51,
55, 59, 63, 68, 73, 79, 84 derajat dan menjenuhkan lereng,  sampai  didapatkan  kelongsoran  lereng, seperti  dalam  Gambar  4.  Setiap  benda  uji  mulai dari  1  sampai  dengan  6  dan  pada  sudut  berapa terjadi  kelongsoran  dicatat.  Percobaan  ini  diulang lagi  dengan  cara  yang  sama  namun  dengan  benda uji yang sudah di grouting .

## (a)
(b)
Gambar 3. Bejana kaca yang diisi benda uji tanah pasir untuk uji model di laboratorium (a) dan alat untuk injeksi ( grouting ) cairan semen

## Kelongsoran kecil
Kelongsoran besar
Gambar 4. Model kelongsoran dengan keretakan dan deformasi kecil dan kelongsoran besar yang dijumpai pada pengujian di laboratorium

## Pengujian Kelongsoran di Lapangan
Untuk  mengetahui  angka  keamanan  lereng timbunan  dengan  keadaan  yang  sesuai  dengan lapangan, telah dilakukan pengujian  sebuah model lereng dari bahan benda uji 3 (pasir 60% dan batu krosok  40%),  dengan  ukuran  dan  bentuk  model seperti  pada  Gambar  5.  Pemodelan  beban digunakan  air  dari  wadah  plastik  yang  flexibel. Tinggi  beban  air  maksimum  1.50m  diberikan secara bertahap.
Tahap  pengujian  dilakukan  sebagai  berikut: (a)Timbunan  dibentuk  dengan  sudut  lereng  secara bertahap mulai
45  hingga  curam  menuju  90  .  Sudut  lereng kondisi kritis FS = 1 diperoleh pada sudut  =70  . (b)Timbunan  tanah  diperkuat  dengan  injeksi  pasta semen  dengan  faktor  air  semen  w  /  c  =1.5,  jarak antar titik Lg = 50 cm, diameter lubang Dg = 2.5” =  6.25cm.  Agar  injeksi  efektif    dilakukan  dengan teknik  pengeboran  lubang  terlebih  dahulu  sampai mencapai panjang minimal 0,75 tinggi lereng, lalu dimasukkan  pasta  semen  pada  Gambar  6.  (c) Setelah 7 hari, timbunan tanah yang sudah dinjeksi diberikan  beban  tumpukan  air  di  atas  timbunan
(Gambar  7)  dengan  kenaikan  secara  bertahap sampai mulai terjadi kelongsoran.
Plastik terpal Air,
sebagai beban
Lereng kritis
1.50 m  0.5 m 0.5 m Grouting pasta semen Dg=2.5” = 6.25 cm Timbunan tanah 0.5 m
Gambar 5. Model benda uji lereng timbunan tanah untuk pengujian di lapangan. L g Lg Lg Dg
Gambar 6. Pola jarak dan diameter injeksi pasta semen pada bidang lereng.
Gambar 7. Pembebanan dengan tumpukan air di atas timbunan tanah yang telah dilakukan injeksi.

## Hasil dan Pembahasan
Hasil-hasil  pengujian  model  benda  uji  di laboratorium  disajikan  pada  Gambar  8,  Gambar  9 dan  Tabel  3.  Pada  Gambar  8  ditunjukkan hubungan  antara  jenis  benda  uji  pada  timbunan terhadap angka keamanan lereng sebelum dilakukan  injeksi.  Makin  meningkat  prosentasi material  berbutir  kasar,  maka  makin  meningkat angka  keamanan.  Peningkatan  ini  juga  terjadi setelah  dilakukan  injeksi  pasta  semen  seperti disajikan pada Gambar 9.
Gambar 8. Pengaruh gradasi tanah terhadap angka keamanan sebelum injeksi pasta semen
Gambar 9. Pengaruh gradasi tanah terhadap angka keamanan setelah injeksi pasta semen.
Untuk  melihat  sejauh  mana  pengaruh  injeksi semen  terhadap  peningkatan  angka  keamanan, hasil-hasil  disajikan  pada  Tabel  2.  Dari  tabel  ini terlihat  bahwa  pada  benda  uji  nomor  1,2,3  dan  4, injeksi pasta semen meningkatkan angka keamanan  mulai  1,9  (33,3  %)  sampai  2,80 (90,0%).  Hal  ini  sesuai  dengan  yang  dilakukan oleh  Dwiyanto  (2005),  Salimian et  al (2017), Zhang et  al (2017),  Zhang et  al (2017)  bahwa injeksi pasta semen sangat efektif untuk meningkatkan  angka  keamanan  terhadap  longsor pada lereng tanah pasir yang dicampur dengan batu krosok  dengan  prosentase  mulai  0%  sampai dengan  60%.  Pada  percobaan  di  lapangan  dengan model  lereng  timbunan  dari  bahan  benda  uji  3
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 Angka keamanan FS Angka keamanan FS Nomor Benda uji Nomor Benda uji
(pasir  60%  dan  batu  krosok  40%),  diperoleh kemiringan kritis lereng adalah 70 derajat.
Pada  percobaan  di  lapangan  pola grouting diukur dengan  diameter  dan  jarak  yang  masih  mudah dapat dikerjakan. Sedangkan kedalaman ditentukan berdasarkan  prinsip  kolom  semen  yang  terbentuk memotong  tegak  lurus  bidang  gelincir  longsoran. Dengan  mempertimbangkan  efektivitas grouting dan  kemudahan  pelaksanaan grouting dalam penelitian  ini  diperoleh  diameter  kolom  semen grouting Dg  =  2.5”  =  6.25  cm;  sedangkan  jarak kolom  semen grouting adalah  Lg  =  50  cm;  atau rasio  Lg/Dg  =  8  pada  Gambar  6,  sedangkan kedalaman grouting dilakukan  dengan  rasio kedalaman grouting dan tinggi lereng, p=0.75 H.
Tabel 2. Hubungan antara jenis material, injeksi semen dan angka keamanan FS lereng.
No. benda uji Komposisi benda uji Tanpa injeksi FS(a) Dengan injeksi FS(b) Kena- ikan FS 1 Pasir 100% 1,00 1,90 90,0 2 Pasir 80% + krosok 20% 1,30 2,38 83,1 3 Pasir 60% + krosok 40% 1,70 2,60 52,9 4 Pasir 40% + krosok 60% 2,10 2,80 33,3 5 Pasir 20% + krosok 80% 3,20 3,40 9,7 6 Pasir 100% 3,40 3,66 7,6
Hasil  pembebanan  terhadap  lereng  timbunan  yang telah  diinjeksi  diperoleh  angka  keamanan  lereng lebih dari 3,1 (FS > 3,1). Kelongsoran yang terjadi bersifat  lokal,  sehingga  untuk  terjadi  kelongsoran yang  besar,  atau  global  angka  kemanannya  lebih dari 3,1.

## Kesimpulan
Injeksi  ( grouting )  pasta  semen  yang  dilakukan dalam  penelitian  ini  terbukti  efektif  untuk memperkuat  lereng  tanah  bergradasi  kasar  dengan kandungan  batu  krosok  sampai  60%.  Peningkatan angka keamanan yang diperoleh dengan perkuatan injeksi  pasta  semen  mulai  dari  FS  =  1,9  (33,3  %) sampai  FS  =  2,80  (90,0%).  Faktor  yang menentukan  efektivitas  injeksi  pasta  semen  pada timbunan lereng berbutir kasar dalam penelitian ini adalah:  (a)  metode  injeksi  yang  digunakan  adalah dengan teknik pengeboran sebelum diinjeksi pasta semen  dan  terbukti  dengan  terbentuknya  kolom semen pada lubang bor; (b) faktor air semen  yang optimum  w/c=1,5;  (c)  jarak  injeksi  (Lg)  dan diameter  injeksi  (Dg)  yang  dapat  membentuk kolom  dengan  rasio  Lg/Dg=8,  dengan  kedalaman injeksi  p  =  0,75  H,  dimana  H  adalah  ketinggian timbunan.

## Daftar Pustaka
Abramson, L. W., Lee, T. S., Sharma, S., & Boyce, G.  M.  (1995). Slope  Stability  and  Slope Stabilization  Methods, John  Wiley  &  Sons  Inc, 441– 582.
Alberti,  L.,  Angelotti,  A.,  Antelmi,  M.,  &  La Licata, I. (2017). A Numerical Study on the Impact of Grouting Material on Borehole Heat Exchangers Performance in Aquifers. Energies, 10 (5), 703.
Allersma, H. G. B. (2006). Experimental Research in Geotechnics. Publication Blog, Armsterdam.
Cai, J., Pei, J., Luo, Q., Zhang, J., Li, R., & Chen, X.  (2017).  Comprehensive  Service  Properties Evaluation  of  Composite  Grouting  Materials  with High-Performance Cement Paste for Semi-Flexible Pavement. Construction  and  Building  Materials, 153 , 544-556.
Dwiyanto,  J.  S.  (2005). Hand  Out  Geoteknik , Departemen Pekerjaan Umum, Bandung.
Fabian, J., &  Manoppo. (2011). Penelitian Potensi Lereng  Longsor  di  Sulut. Publikasi  LSM Pendidikan  Silo  (NGO)  &  LSM  Pemberdayaan Teknologi dan Perkotaan , Manado.
Liong,  G.  T.  (2006). Proceeding  of  the  Latest Development of Advantage Cement in
Geotechnical Engineering , Jakarta. Salimian, M.
H.,
Baghbanan, A., Hashemolhosseini,  H.,  Dehghanipoodeh,  M.,  & Norouzi,  S.  (2017).  Effect  of  Grouting  on  Shear Behavior  of  Rock  Joint. International  Journal  of Rock  Mechanics  and  Mining  Sciences,  98 ,  159- 166.
Suryo H., & Tri, U. (2007). Stabilisasi Tanah Masa Lalu  Masa  Kini  dan  Masa  Depan, Naskah  Pidato Pengukuhan Guru Besar , Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada, Yogyakarta.
Suharjanto & Teguh, W. (2008). Aspek Teknis dan Ekonomis  Metode  Injeksi  Semen  dan  Perkuatan Geotekstil  Sebagai  Solusi  Perbaikan  Subgrade Ruas Jalan Smewah Ruas Jalan Smewah-Sukaraja.
Media Komunikasi Teknik Sipil, 16 (3), 243-254.
Udiana,  I.  M.  (2013) . Desain  Campuran  Semen dan  Air  pada  pekerjaan Grouting Proyek Bendungan/Waduk  Nipah  Madura-Madura  Jawa Timur. , Jurnal Teknik Sipil, 2 (2), 93-104.
Zhang,  J.,  Weng,  X.,  Yang,  B.,  Li,  Y.,  Liu,  J.,  & Jiang,  L.  (2017).  Bonding  Characteristics  of Grouting  Layer  in  Prefabricated  Cement  Concrete Pavement. Construction  and  Building  Materials,
145 , 528-537.
Zhang, D. M., Huang, Z. K., Yin, Z. Y., Ran, L. Z.,
&  Huang,  H.  W.  (2017).  Predicting  the  Grouting Effect  on  Leakage-Induced  Tunnels  and  Ground Response  in  Saturated  Soils. Tunnelling  and Underground Space Technology, 65 , 76-90.