## Sultra Civil Engineering Journal (SCiEJ)
E-ISSN: 2716-1714 Sarana publikasi bagi para akademisi, peneliti, praktisi, dan atau perorangan/kelompok lainnya (umum) di bidang ilmu Teknik Sipil.

## Analisis  Stabilitas  Tempat  Pembuangan  Akhir  (TPA)  Sampah  Akibat Pengaruh Perubahan Sifat Mekanis Material Sampah
Anafi Minmahddun 1)* , Muh. Handy Dwi Adityawan 2) , Ainul Fatayaatis Salaamah 3)
1 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo
2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo
3 Jurusan Teknik Sipil, Sekolah Tinggi Teknologi Ronggolawe
*Corresponding author. anafi.minmahddun@uho.ac.id

## 1. Pendahuluan
Pengelolaan sampah adalah salah satu isu penting dalam keberlanjutan lingkungan, terutama dalam konteks urbanisasi yang terus berkembang. Dalam pengelolaan sampah, salah satu aspek yang sangat krusial adalah pembuangan dan pengelolaan timbunan sampah ( landfill ). Timbunan sampah adalah tempat pembuangan akhir untuk sampah domestik dan komersial, serta limbah industri yang tidak dapat didaur ulang atau diuraikan dengan baik.
Perencanaan  stabilitas  timbunan  sampah  merupakan  suatu  aspek  krusial  dalam  pengelolaan sampah yang memerlukan perhatian serius. Dalam mengkaji perencanaan stabilitas timbunan sampah,  terdapat  tiga  aspek  utama  yang  memegang  peranan  penting,  yaitu  karakteristik sampah, aspek geoteknik, dan desain struktur (Jahanfar et al. , 2017).
Timbunan  sampah  menerima  berbagai  jenis  sampah  yang  dapat  sangat  bervariasi,  termasuk sampah  padat,  sampah  organik,  limbah  berbahaya,  dan  lain-lain.  Proses  degradasi  sampah
ARTICLE INFO

## ABSTRACT
Keywords:
Landfill,  Waste  Material, Stability, Safety Factor
How to cite:
A. Minmahddun,  M.H.D
Adityawan,  A.F.  Salamaah (2023). Analisis  Stabilitas Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Sampah Akibat Pengaruh  Perubahan  Sifat Mekanis Material Sampah The  stability  of  landfill  is  a  crucial  aspect  of  waste  management.
Numerous factors influence the stability of landfill, one of which is the alteration  of  the  mechanical  properties  of  the  waste  material.  This research aims to analyze landfill stability by considering the effects of changes  in  the  mechanical  properties  of  waste  material.  A construction  stage  analysis  was  conducted  to  model  the  process  of altering the mechanical properties of waste material. The analysis was divided into 13 stages corresponding to the number of landfill steps. The initial five stages were modeled as waste with an age of < 5 years, stages 6-10 were modeled as waste with an age of 5-10 years, and the last three stages were modeled as waste with an age of > 10 years. Stability analysis using the finite element method was conducted using the concept of shear strength reduction. The analysis results indicated changes  in  the  landfill's  safety  factor  throughout  its  operational period. Stages 1-5 experienced changes in the safety factor, although these  changes  were  not  significant.  Stages  6-10  witnessed  a considerable  decrease  in  the  safety  factor  before  experiencing  an increase in stage 11, followed by a continuous decline until the end of stage 13. Despite changes in the safety factor during the operational process,  the  overall  safety  factor  values  obtained  still  met  the minimum safety factor criteria required.
(Reddy et  al. ,  2015)  berperan  dalam  perubahan properties tanah  seperti  meningkatkan  unit weight dan kekakuannya (Ismail et al. , 2019). Penelitian lain menyebutkan adanya penambahan nilai kuat geser sampah setelah berumur lebih dari lima tahun(Putera, 2018).
Karakteristik  geoteknik  dari  tanah  di  lokasi  timbunan  sampah  memegang  peran  penting (Duncan,  Wright  and  Brandon,  2014).  Kekuatan  tanah,  dan  permeabilitasnya  dapat mempengaruhi  stabilitas  timbunan.  Tanah  yang  kurang  stabil  atau  mudah  tererosi  dapat menimbulkan  risiko  keruntuhan.    Selain  itu,  Kemiringan  lereng  timbunan  adalah  faktor geoteknik kunci dalam perencanaan stabilitas. Evaluasi yang cermat terhadap kemiringan lereng diperlukan  untuk  mencegah  longsor  dan  pergerakan  massa  sampah  yang  tidak  terkendali. Kondisi geoteknik akan menentukan jenis dinding penahan tanah yang akan digunakan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  perencanaan  dimensi  timbunan  sampah  yang berada  di  daerah  Manado.  Analisis  stabilitas  dan  deformasi  dilakukan  untuk  mengetahui keamanan  timbunan  sampah  dan  struktur  penahan  akibat  perubahan  sifat  fisik  timbunan sampah dan beban kendaraan selama masa operasi. Analisis dilakukan dengan simulasi numerik menggunakan metode elemen hingga.

## 2. Tinjauan Pustaka
A. Analisis dengan Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga ( finite element method ) adalah salah satu metode numeris yang mampu memecahkan  masalah  mekanika  baik  statik  maupun  dinamik  (Potts  and  Zdravkovic,  2001). Konsep  dasar  metode  elemen  hingga  yaitu  diskritisasi  elemen,  pemilihan  fungsi  pendekatan untuk  penyusunan  matriks  kekakuan  lokal,  penyusunan  matriks  kekakuan  global,  penentuan kondisi batas dan perhitungan besarnya tegangan dan regangan untuk setiap elemen (Suhendro, 2023).
Dalam  analisis  stabilitas  lereng,  lereng  TPA  dimodelkan    2D  menggunakan  model  regangan bidang  ( plane  strain ).  Regangan  bidang  mengasumsikan  permasalahan  dalam  analisis mempunyai panjang tak terhingga yang normal terhadap bagian bidang analisis (Azizi, 2000). Aplikasi model plane strain dalam analisis lereng lazim dilakukan seperti yang dilakukan oleh Ramadhani dkk.   dalam menganalisis stabilitas lereng tambang nikel (Ramadhani et al. , 2024).
Analisis  stabilitas  lereng  menggunakan  konsep  reduksi  kekuatan  geser  ( shear  strength reduction/ SSR).  Konsep  dasar  dari  metode  SSR  sebenarnya  cukup  sederhana.  Parameter- parameter  kekuatan  dari  lereng  dikurangi  dengan  suatu  faktor  tertentu  (SRF),  dan  analisis tegangan elemen hingga dihitung. Proses ini diulang untuk nilai-nilai yang berbeda dari faktor pengurangan kekuatan (SRF), sampai model menjadi tidak stabil (hasil analisis tidak konvergen). Analisis  ini  menentukan  faktor  pengurangan  kekuatan  kritis  yang  setara  dengan  faktor keamanan  dari  lereng  (Rockscience,  2024).  Analisis SSR  dapat  dalam model  2D   atau  3D  dan memberikan hasil perhitungan yang baik (Shen and Karakus, 2014; Farshidfar and Nayeri, 2015).
Dalam analisis tegangan dan regangan formulasi kondisi statis (gaya dan tegangan) dan kondisi dinamis (perpindahan dan regangan) dilakukan terpisah. Untuk menghubungkan antara kedua kondisi tersebut dibutuhkan suatu hubungan yang biasa disebut constitutive equation (Chen and Saleeb, 1994) . Dalam analisis tegangan dan regangan kondisi linear elastis, matriks konstitutif berisi modulus yang diperoleh dari pengujian laboratorium seperti modulus Young  (Khenane, 2013).

## B. Kuat Geser Sampah Padat Perkotaan
Parameter kuat geser didapatkan dari uji direct shear dan triaxial dengan beragam modifikasi alat. Nilai tipikal kuat geser yang diperoleh dari pengujian triaxial UU berada pada rentang nilai kohesi  15-20  kPa  dan  sudut  gesek  internal  15-23 o (Krase,  2007).  Putera  (2018)  dalam penelitiannya pada TPST Piyungan mengelompokkan sifat fisik dan mekanis tanah dalam tiga jenis berdasarkan usia sampah yaitu:
Tabel 1 . Parameter timbunan sampah berdasarkan usia (Putera, 2018) Jenis Material Engineering Properties  (kN/m 3 ) c (kPa)  ( 0 ) E (kPa)  Timbunan Sampah <5 tahun 4,9 12.79 21.35 24300 0.3 Timbunan Sampah 5-10 tahun 5.98 15.54 22.2 27000 0.3 Timbunan Sampah >10 tahun 8.72 20.54 25.66 30000 0.3

## 3. Metode Penelitian
Lokasi penelitian merupakan rencana TPA yang berasa di Provinsi Sulawesi Utara. Penyelidikan tanah deep boring dan standard penetration test (SPT) dilakukan sebanyak delapan titik yang letak pengujiannya terdapat pada Gambar 1. Pemodelan geometri lereng dilakukan berdasarkan gambar rencana seperti yang terdapat pada Gambar 2. Parameter tanah analisis dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu fondasi TPA menggunakan korelasi data N-SPT yang diusulkan oleh Bowles  (Bowles,  1984),  Adapun  parameter  sampah  menggunakan  penelitian  dahulu  seperti yang  terdapat  pada  Tabel  1.  Analisis  tahapan  konstruksi  dilakukan  untuk  mengetahui  faktor aman dan deformasi lereng TPA yang terjadi setiap masa periode penimbunan. Analisis tahapan konstruksi  akan  memperlihatkan  pengaruh  perubahan properties sampah  terhadap  stabilitas TPA. Diagram perubahan properties tanah dapat dilihat pada Tabel 2.
Gambar 1. Titik pengujian tanah
Tabel 2. Skema perubahan properties sampah
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13 12
Properties Sampah < 5 Tahun 11 Properties Sampah 5 - 10 Tahun 10 Properties Sampah > 10 Tahun
9 8 7 6 5 4 3 2 1 Trap Tahap
Gambar 2. Geomtetri lereng TPA

## 4. Hasil dan Pembahasan

## A. Hasil Penyelidikan Tanah
Penyelidikan tanah dilakukan untuk mengetahui jenis tanah yang menjadi landasan TPA. Hal ini penting dilakukan karena salah satu faktor yang mengontrol kestabilan lereng adalah jenis  tanah  fondasinya  (Emadi-Tafti,  Ataie-Ashtiani  and  Hosseini,  2021).  Rekap  hasil penyelidikan tanah pada lokasi penelitian terdapat pada Tabel 3. Hasil penyelidikan tanah menunjukkan daerah yang akan menjadi fondasi TPA (BH 1, BH 2, BH 3 dan BH 4) terdiri dari lapisan  lempung  yang  relatif  tipis  yaitu  berkisar  antara  0,6 – 1  m.  Gambar  perencanaan menunjukkan  akan  dilakukan  penggalian  sedalam  lebih  dari  1  m  dari  permukaan  tanah, sehingga bisa dipastikan TPA akan berdiri pada lapisan tanah keras dengan N-SPT > 60 dan akan memperkecil kemungkinan terjadinya penurunan berlebih pada fondasi TPA.
Analisis menggunakan metode  elemen hingga untuk mendapatkan deformasi dan safety factor (SF)  lereng  membutuhkan  lima  parameter  tanah  yaitu  modulus  young  ( E ),  berat volume (  ), kohesi (c), sudut gesek internal (  ) dan angka poisson (φ). Untuk tanah dasar, properties tanah  dasar  diambil  dari  korelasi  data  N-SPT  (Bowles,  1984)  dengan  semua parameter yang digunakan dan tanggul tanah dimodelkan sebagai tanah dengan relative density masuk  dalam  kategori  dense. Input  properties tanah  dan  sampah  pada  model terdapat pada Tabel 4.
Tabel 3. Rekap hasil penyelidikan tanah
Titik Bor Kedalaman (m) Jenis Tanah BH 1 0 - 0,8 Lapisan lempung 0,8 - 23 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir BH 2 0 - 0,6 Lapisan lempung 0,6 - 9,5 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir BH 3 0 - 0,7 Lapisan lempung 0,7 - 28 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir BH 4 0 - 1 Lapisan lempung 1 - 21 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir BH 5 0 - 6 Lapisan lempung 6 - 22 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir BH 6 0 -6 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir BH 7 0 - 5,5 Lapisan lempung 5 - 41 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir BH 8 0 - 5,5 Lapisan lempung 5,5 - 8 SPT>60, lapisan bongkahan batu pasir
Tabel 4. Properties tanah dan sampah

## B. Pemodelan Geometri Lereng
Pemodelan geometri TPA menggunakan potongan melintang lereng sisi tengah karena memiliki ketinggian    yang  lebih  dari  potongan  melintang  yang  lain.  Geometri  lereng  yang  dimodelkan didasarkan  pada  Gambar  2.  Terdapat  13  tingkat  timbunan  sampah,  masing-masing  tingkat setinggi  5  m  dengan  kemiringan  1v:1h.  Setiap  tingkat  terdapat  bench  selebar  3  m.  Di  kaki timbunan  sampah  terdapat  tiga  tingkat  tanggul  penahan  tanah  dengan  tinggi  5  m  dan kemiringan 1v:1h, ditopang oleh bangunan bronjong setinggi 4 m dan lebar 2 m.
Analisis  dilakukan  menggunakan  program  Phase2.  Dimensi  model  dibuat  tidak  boleh  terlalu sempit  sehingga mempengaruhi  hasil  analisis  serta  tidak  terlalu  luas  sehingga membutuhkan sumber  daya  komputer  yang  besar  serta  waktu  analisis  yang  lebih  lama.  Ukuran  model menggunakan  pendekatan  yang  diusulkan  oleh  Azizi  (Azizi,  2000).  Pemodelan  bentuk  lereng pada program phase2 terdapat pada Gambar 3.
Selain  perubahan properties sampah  seperti  yang  terdapat  pada  Tabel  2,  analisis  tahapan konstruksi akan memodelkan beban alat berat yang bekerja dipuncak lereng pada tiap tahapan konstruksi. Hal ini untuk memodelkan penggunaan alat berat saat masa operasi nanti. Alat berat dimodelkan sebagai beban merata sebesar 10 kPa.
 (kN/m 3 ) c (kPa)  ( 0 ) E (kPa)  Timbunan Sampah <5 tahun 6 12.79 21.35 25000 0.3 Timbunan Sampah 5-10 tahun 7 15.54 22.2 30000 0.3 Timbunan Sampah >10 tahun 8 20.54 25.66 35000 0.3 Tanggul Tanah 17.31 8.2 30 40000 0.3 Bronjong 18 100 30 45000 0.3 Tanah Dasar 18 250 35 450000 0.3 Engineering Properties Jenis Material
Gambar 3. Pemodelan geometri lereng

## C. Hasil Analisis Faktor Aman dan Deformasi
Hasil  analisis  faktor  aman  setiap  tahap  konstruksi  terdapat  pada  Gambar  4  dan  letak  bidang gelincir dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar bidang gelincir diwakili oleh tahap 5, 10 dan 13 karena tahap ini merupakan transisi perubahan properties sampah.
Gambar 4. Nilai faktor aman lereng TPA setiap tahap konstruksi
Gambar 5. Bidang gelincir TPA pada tahap 5, 10 dan 13
Hasil  analisis  pada  Gambar  4  terlihat  bahwa  faktor  aman  pada  tahap  1-5  tidak  mengalami perubahan yang signifikan disebabkan hingga tahap 5 timbunan masih berada pada tanah dasar yang  sangat  keras  dengan  nilai  N-SPT  >  60.  Faktor  aman  tahap  6-10  mengalami  penurunan karena  timbunan  sampah  semakin  tinggi  dan  ditopang  oleh  sampah  dibawahnya.  Meskipun pada tahap ini lapisan sampah 1-5 telah mengalami peningkatan nilai kuat geser namun nilainya tidak sebesar nilai kuat geser tanah dasar yang menjadi tumpuan pada tahap 1-5. Faktor aman tahap  11-13  mengalami  peningkatan  karena  pada  tahap  ini  lapisan  dibawahnya  mengalami peningkatan  nilai  kuat  geser  yang  cukup  signifikan  terutama  pada  lapisan  1-5.  Meskipun mengalami  perubahan,  nilai  faktor  aman  pada  semua  tahap  masih  memenuhi  kriteria  faktor keamanan minimum sebesar 1,25 SNI 8460:2017  (Badan Standarisasi Nasional, 2017). Bidang gelincir  yang  terbentuk  pada  Gambar  5  menunjukkan  longsor  yang  mungkin  terjadi  adalah longsoran  lokal  yang  dipengaruhi  oleh properties sampah  karena  bidang  gelincir  tidak memotong tanah dasar yang merupakan tanah keras dengan N-SPT>60.
Hasil analisis deformasi pada tahap 13 dan rekap deformasi semua tahapan analisis berturut- turut  terdapat  pada  Gambar  6  dan  Gambar  7.  Hasil  analisis  menunjukkan  semakin bertambahnya tinggi timbunan sampah terdapat peningkatan pada total displacement namun besarannya  masih  relatif  kecil  (19  cm).  Perbedaan  pola displacement pada  Gambar  5  dan Gambar 6 adalah pada Gambar 5 displacement yang ditampilkan adalah displacement pada saat lereng mengalami keruntuhan. Adapun, pada Gambar 6 displacement yang dimunculkan adalah displacement aktual yang terjadi akibat berat sendiri dari lereng tersebut dan beban alat berat sebesar 10 kPa.
Gambar 6. Hasil analsiis deformasi tahap 13
Gambar 7. Rekap hasil analisis deformasi setiap tahapan analisis

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis, diperoleh properties sampah sangat mempengaruhi faktor keamanan lereng  TPA.  Terlihat  pada  analisis  tahap  6-10,  faktor  aman  lereng  mengalami  penurunan disebabkan  berubahnya properties material  tempat  timbunan  sampah  berdiri. Pada  mulanya timbunan sampah bertumpu pada tanah dasar yang keras (tahap 1-5) kemudian pada tahap 6- 10 timbunan sampah bertumpu pada sampah dibawahnya yang notabene memiliki nilai kuat geser jauh lebih kecil dari tanah dasar. Perubahan faktor aman lereng selama proses konstruksi menunjukkan perubahan properties sampah sangat mempengaruhi stabilitas TPA secara global.

## Referensi
Azizi, F. (2000) Applied Analysis in Geotechnics . London: E & FN Spon.
Badan  Standarisasi  Nasional  (2017) SNI  8460:2017  Persyaratan  Perancangan  Geoteknik , Persyaratan perancangan geoteknik . Jakarta: Badan Standarisasi Nasional.
Bowles, J.E. (1984) Physical and Geotechnical Properties of Soils . 2nd edn. Auckland: McGraw- Hill.
Chen,  W.F.  and  Saleeb,  A.F.  (1994) Constitutive  Equations  for  Engineering  Materials . Amsterdam: Elsevier.
Duncan, J.M., Wright, S.G. and Brandon, T.L. (2014) Soil Strength and Slope Stability . 2nd edn.
New Jersey: John Wiley & Sons.
Emadi-Tafti, M., Ataie- Ashtiani, B. and Hosseini, S.M. (2021) ‘Integrated impacts of vegetation and  soil  type  on  slope  stability:  A  case  study  of  Kheyrud  Forest,  Iran’, Ecological Modelling , 446(March), pp. 1 – 14. Available at: https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2021.109498.
Farshidfar,  N.  and  Nayeri,  A.  (2015)  ‘Slope  Stability  Analysis  by  Shear  Strength  Reduction Method’, Journal of Civil Engineering and Urbanism , 5(1), pp. 35 – 37.
Ismail, S. et al. (2019) ‘Slope stability of landfill with waste degradation’, International Journal of Innovative  Technology  and  Exploring  Engineering ,  9(1),  pp.  393 – 398.  Available  at: https://doi.org/10.35940/ijitee.A4148.119119.
Jahanfar,  A. et  al. (2017)  ‘Erratum  for  “Municipal  Solid  Waste  Slope  Stability  Modeling:  A Probabilistic  Approach” by Ali Jahanfar, Bahram Gharabaghi, Edward A. McBean, and Brajesh K. Dubey’, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering , 143(9), p. 8217001. Available at: https://doi.org/10.1061/(asce)gt.1943-5606.0001763.
Khenane,  A.  (2013) Introduction  to  Finite  Element  Analysis  Using  Matlab  and  Abaqus .  Boca Raton: CRC Press.
Krase,  V.  (2007) Stability  of  Municipal  Solid  Waste  Landfills .  Technische  Universität Braunschweig.
Potts,  D.M.  and  Zdravkovic,  L.  (2001) Finite  Element  Analysis  in  Geotechnical  Engineering . London: Thomas Telford.
Putera,  M.A.  (2018) Analisis  3  Dimensi  Stabilitas  Lereng  Timbunan  Sampah  Padat  Perkotaan Pada Tpst Piyungan Yogyakarta . Universitas Gadjah Mada.
Ramadhani,  S. et  al. (2024)  ‘Analisis  Stabilitas  Lereng  Tambang  Nikel  Kabupaten  Morowali’, REKONSTRUKSI  TADULAKO:  Civil  Engineering  Journal  on  Research  and  Development , 5(1), pp. 65 – 70. Available at: https://doi.org/10.22487/renstra.v5i1.654.
Reddy, K.R. et al. (2015) ‘Effects of Degradation on Geotechnical Properties of Municipal Solid Waste  from  Orchard  Hills  Landfill,  USA’, International  Journal  of  Geosynthetics  and Ground Engineering , 1(3), pp. 1 – 14. Available at: https://doi.org/10.1007/s40891-015-
0026-2.
Rockscience (2024) Shear Strength Reduction Overview . Available at: https://www.rocscience.com/help/rs2/documentation/rs2-model/ssr-stability-analysis (Accessed: 21 April 2024).
Shen, J. and Karakus, M. (2014) ‘Three -dimensional numerical analysis for rock slope stability using shear strength reduction method’, Canadian Geotechnical Journal , 51(2), pp. 164 – 172. Available at: https://doi.org/10.1139/cgj-2013-0191.
Suhendro, B. (2023) Analisa Struktur Metode Elemen Hingga . Yogyaka: Beta Offset.