Isi ahli arsip dan risiko serius: artikel ini menyimpan catatan sejarah stabilitas lereng, simbol, rumus, dan diagram dari teks aslinya. Ini bukan studi geoteknik, proyek penggalian atau tanggul, perhitungan stabilitas, rencana drainase, penilaian tanah longsor atau instruksi kerja. Kemiringan yang tidak stabil dapat secara tiba-tiba mengubur orang, bangunan, dan jalan; retakan, tonjolan, air keruh, penurunan tanah secara tiba-tiba, atau perpindahan yang diamati harus dianggap sebagai alasan untuk menjauh dari zona bahaya dan perlu dilakukan penilaian profesional yang mendesak.
Savo Kusić hari ini berfokus pada jendela kayu, jendela kayu-aluminium, jendela khusus, pintu dan permintaan penawaran. Artikel ini tetap sebagai arsip teknis dan tidak mewakili tawaran desain geoteknik, pengawasan atau pelaksanaan pekerjaan tanah.
Untuk pekerjaan tanah yang dibangun seperti pemotongan, tanggul dan kanal, lereng akhir kadang-kadang runtuh. Dan lereng alami, tanpa pekerjaan buatan, dapat bergerak secara tiba-tiba dan dengan kekuatan yang besar atau sangat lambat. Fenomena-fenomena ini telah lama menjadi subjek kajian geologi dan geomekanik, dengan tujuan untuk mengevaluasi stabilitas dari sifat fisik tanah dan kondisi masing-masing kasus.
Penyebab pergerakan massa bumi
Syarat kestabilan suatu tanah, baik tanah buatan maupun tanah alami, adalah adanya keseimbangan antara gaya luar dan tahanan dalam tanah. Gaya luar pada dasarnya adalah berat tanah itu sendiri, yang biasanya merupakan satu-satunya gaya luar, diikuti oleh beban luar lainnya yang bekerja pada lereng, baik permanen maupun bergerak. Hambatan dalam terdiri dari kohesi dan gesekan pada tanah terikat, dan hanya gesekan pada tanah tidak terikat.
Gbr. 1. Kemiringan tanggul tanah gembur
Jika kita mengamati sebuah tanggul setinggi h yang terbuat dari tanah yang gembur seluruhnya, misalnya pasir kering yang dipadatkan, kita akan menentukan bahwa kemiringan tanggul tersebut miring membentuk sudut β terhadap horizontal (gbr. 1). Besar kecilnya sudut β bergantung pada beberapa faktor seperti ukuran butir, bentuk butir dan pemadatan. Jika kita menambah tinggi timbunan h menjadi h1, h2, dan seterusnya dengan material tak terikat yang sama dengan pemadatan yang sama, sudut β tidak akan berubah, kemiringan timbunan akan tetap pada kemiringan yang sama hingga ketinggian tak terbatas h. Untuk tanah gembur tertentu, sudut kemiringan alami β tidak bergantung pada tinggi lereng h. Besar kecilnya sudut β untuk tanah tidak terikat bergantung pada sudut gesek internal tanah φ dan diasumsikan sedikit lebih kecil atau sama dengan sudut tersebut, β ≤ φ.
Gbr. 2. Memotong lereng pada tanah terikat
Jika kita mengamati pemotongan yang dilakukan pada tanah yang terikat, kita akan menemukan bahwa kemiringan pemotongan tersebut berada pada kemiringan yang lebih kuat 1:m, yaitu pada sudut yang lebih besar β karena fakta bahwa ketahanan internal dari tanah yang terikat tersebut ditingkatkan oleh kohesi, yang tidak terdapat pada pasir kering (gbr. 2). Pada jenis tanah tertentu, seperti loess kering, kohesi dapat meningkatkan tahanan dalam sedemikian rupa sehingga tanah dapat ditahan dengan sisi yang dipotong vertikal, yaitu dengan sudut β = 90°. Akan tetapi, jika kita menaikkan tinggi pemotongan h pada tanah terikat menjadi h1, h2, dan seterusnya, maka sudut kemiringan lereng pemotongan β harus dikurangi untuk menjaga kestabilan lereng. Untuk setiap sudut kemiringan β dari kemiringan potongan pada suatu tanah berbatas tertentu, terdapat satu ketinggian kritis hc. Jika kita melebihi ketinggian ini, kemiringan AB tidak akan tetap seimbang dan akan meluncur pada permukaan geser CD (gbr. 3). Longsoran terjadi karena terganggunya keseimbangan antara gaya luar, berat sendiri massa bumi dan tahanan dalam, yang tidak mampu lagi menahan gaya luar yang semakin besar, yaitu bertambahnya berat massa tanah yang disebabkan oleh bertambahnya tinggi lereng h.
Gbr. 3. Lereng geser pada tanah kohesif
Berdasarkan penjelasan di atas, bahwa sudut kemiringan alami tanah tidak dapat dianggap sebagai nilai konstan untuk tanah tertentu, karena nilainya pada kondisi lain bergantung pada ketinggian lereng dan menurun seiring bertambahnya ketinggian tersebut. Akan tetapi, nilai ini sering digunakan untuk lereng dengan ketinggian kecil sebagai nilai konstan, bergantung pada sudut gesekan internal tanah φ.
Gangguan keseimbangan juga dapat terjadi tanpa menambah tinggi potong h, misalnya ketika tahanan dalam tanah menurun. Unsur-unsur hambatan dalam tanah yang terikat, kohesi dan gesekan, sangat bervariasi dan bergantung pada jumlah air di dalam tanah. Oleh karena itu, dalam banyak kasus, penyebab kelongsoran adalah kejenuhan tanah yang terikat dengan air, yang bisa begitu besar sehingga tanah tidak lagi mampu menopang dirinya sendiri pada kemiringan apa pun, namun tergelincir karena beratnya sendiri.
Gbr. 4. Tanah tergelincir karena terbentuknya permukaan geser
Ada berbagai kasus kelongsoran tanah akibat berkurangnya tahanan dalam, yang di sini akan kami sebutkan beberapa karakteristiknya.
Pendidikan permukaan geser
Jika terdapat lapisan tanah liat kedap air pada lereng di bawah lapisan permukaan tanah permeabel (gbr. 4a), atau jika terdapat lapisan pasir miring pada lapisan tanah liat (gbr. 4b), yang dapat dijangkau oleh atmosfer atau air permukaan (misalnya dari saluran drainase yang terbengkalai), tanah longsor dapat terjadi. Lebih banyak air melewati lapisan permeabel ke lapisan tanah liat, yang menjadi sangat basah, sehingga mengurangi ketahanannya terhadap permukaan tempat lapisan atas tergelincir.
Gangguan keseimbangan akibat pemotongan
Pemotongan potongan pada saat pembangunan rel kereta api dan jalan mengganggu keseimbangan sebelumnya, karena pada profil potongan tanah tetap tidak tertopang dan cenderung bergerak ke bawah akibat gaya gravitasi. Keadaan keseimbangan dapat dipertahankan jika tahanan internal tanah cukup besar untuk melawan kecenderungan ini, yang juga mungkin terjadi jika tanah yang dipotong terdiri dari lapisan-lapisan yang sangat condong ke arah pemotongan.
Gbr. 5. Meluncurnya medan akibat pemotongan tanah berlapis
Namun jika lapisan tanah kedap air dan tanah permeabel dipotong secara bergantian (Gbr. 5), terdapat kemungkinan terjadinya pencucian tanah permeabel dan pembasahan tanah kedap air sehingga dapat terjadi selip.
Ketidakhomogenan tanah
Lapisan tipis bahan kedap air pada tanggul yang terbuat dari tanah permeabel, yang disebut lensa tanah liat (gbr. 6), juga dapat menyebabkan selip jika air dalam jumlah besar mencapainya dan membentuk permukaan geser.
Gbr. 6. Kasus longsornya tanggul akibat komposisi yang tidak homogen
Pengaruh embun beku
Di bawah pengaruh embun beku, air terakumulasi di lapisan permukaan dalam bentuk lensa es. Selama pencairan, lensa es berubah menjadi air, yang membuat tanah menjadi jenuh hingga sangat beku, sehingga menjadi massa cair dan kehilangan stabilitasnya.
Kasus ini hanya terjadi pada tanah yang berbahaya terhadap embun beku dan dengan durasi embun beku yang lebih lama, karena memerlukan banyak waktu untuk pembentukan lensa es.
Penurunan muka air tanah
Bila muka air tanah diturunkan secara permanen, misalnya karena adanya pekerjaan di dalam tanah, maka tanah akan mengering dan jika berupa tanah liat yang mengalami pembengkakan besar akan timbul retakan. Air permukaan dan atmosfer dalam jumlah yang lebih besar masuk ke dalamnya, membasahi tanah dan mengurangi hambatan internal, yang juga dapat menyebabkan tanah longsor.
Ada juga banyak kasus longsor lainnya, sehingga dapat dianggap bahwa setiap tanah koheren, dalam kondisi tertentu, dapat kehilangan resistensi internalnya pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil dan, di bawah pengaruh gaya eksternal, dapat digerakkan.
Tanah inkoheren dikatakan stabil sepanjang sudut kemiringan lereng lebih kecil dari sudut gesek dalam tanah. Pada jenis tanah ini, kelongsoran hanya terjadi jika sudut kemiringan lebih besar dari sudut gesek dalam. Namun jika tanggul dibuat dari bahan yang tidak terikat pada tanah liat, maka tanah liat tersebut dapat longsor dan tanggul tersebut runtuh, sehingga perlu dilakukan pengecekan kestabilannya.
Menguji kestabilan lereng bumi
Bentuk permukaan geser
Kondisi keseimbangan antara gaya luar dan tahanan tanah dalam ditentukan oleh Coulomb dengan persamaannya
τ ≤ c + σ tgϕ
dimana τ adalah tegangan geser tanah, c adalah kohesi, σ adalah tegangan normal permukaan geser, ϕ adalah sudut gesek dalam.
Jika tahanan dalam tanah, kohesi c dan gesekan σ tgϕ tidak cukup untuk melawan tegangan geser tanah, maka terjadi kelongsoran pada permukaan geser di dalam tanah. Ada berbagai bentuk permukaan geser, yang bergantung pada sifat fisik tanah, stratifikasi, kelembapan, beban eksternal, dan faktor lainnya.
Kasus geser berikut ini berbeda-beda menurut posisinya:
Gbr. 7. Khusus kasus longsor
a) Menggeser sisi vertikal potongan. Dalam hal saluran untuk penyediaan air, saluran pembuangan, dll., yang digali dengan sisi vertikal (gbr. 7a), jika ketinggian kritis hc, yang bergantung pada sifat fisik tanah, terlampaui, maka terjadilah pergeseran pada permukaan ADC. Slip ini biasanya tidak terjadi sepanjang saluran, namun terlokalisir, hal ini disebabkan oleh kekuatan geser tanah yang tidak merata.
b) Kemiringan sebagian lereng (gbr. 7b). Slip ini sering muncul pada musim semi pada potongan rel kereta api dan jalan raya dan merupakan akibat dari jenuhnya tanah dengan air.
c) Lereng meluncur di malam hari (gbr. 7c). Merupakan luncuran seluruh lereng potongan atau tanggul hingga ke kaki C.
d) Lereng meluncur di bawah kaki (Gbr. 7d). Merupakan keruntuhan seluruh lereng tebangan atau tanggul dan tanah dibawah pijakan. Longsoran ini disebut juga rekahan tanah dasar atau rekahan Swedia, diambil dari nama orang Swedia yang pertama kali mendeskripsikannya.
Mengenai bentuk permukaan geser, hanya dapat dikatakan bahwa permukaan geser pada tanah terikat tidak lurus, melainkan melengkung. Penulis tertentu mengadopsi busur lingkaran (Fellenius), spiral logaritmik (Rendulić) atau kombinasi garis lengkung ini (Brinch Hansen) sebagai bentuk permukaan geser.
Pengaruh penyaringan air terhadap stabilitas lereng
Jika terdapat air eksternal dengan ketinggian N1 (gbr. 8) di depan lereng, maka terjadi aliran air pada tanah di belakang lereng, yang menyebabkan tekanan internal air pada pori-pori, akibatnya gesekan antar partikel padat berkurang dan tegangan geser dalam tanah meningkat.
Jika tinggi muka air N1 di depan lereng tetap, maka kolom air H*γW menyebabkan tekanan air pada pori-pori tanah sehingga mengurangi gesekan antar partikel padat, sehingga bahaya longsor lereng semakin meningkat. Namun, ketika ketinggian N1 konstan, tekanan kolom air H*γW mendorong partikel padat ke arah bagian dalam tanah, sehingga bahaya longsor lereng berkurang sampai batas tertentu. Dalam hal ini, dengan ketinggian air yang konstan N1 di depan lereng, terdapat bahaya longsor di lereng hilir, karena aksi penyaringan air di dalam tanah menyebabkan partikel padat terdorong ke arah luar lereng hilir.
Gbr. 8. Pengaruh Filtrasi Terhadap Kestabilan Lereng Tanah
Jika tinggi muka air luar turun tajam dari N1 ke N2 maka kestabilan lereng hulu terancam. Dalam hal ini, air bagian dalam mengalir di pori-pori menuju sisi luar lereng hulu, mendorong partikel padat ke arah tersebut.
Oleh karena itu, jika lereng tanah terendam air, maka pengaruh penyaringan air juga harus diperhitungkan saat menguji kestabilan lereng.
Pengaruh penyaringan air dalam tanah bergantung pada beberapa faktor, yang terpenting adalah permeabilitas tanah, tekanan hidrostatis air luar, laju penurunan muka air luar dan homogenitas tanah.
Jika kita berasumsi bahwa tanggul pada gambar. 8 bermassa isotropik homogen, di bawah pengaruh tekanan hidrostatik air luar pada tingkat N1, air akan mengalir di pori-pori timbunan searah dengan lereng hilir, sehingga tinggi muka air tanah di timbunan akan berkurang seiring dengan semakin panjang jalan yang dilalui. Jika kita memasukkan pipa piezometer AA’, BB’ dan CC’ ke dalam tanggul (gbr. 9), air pori di bawah pengaruh tekanan hidrostatik akan masuk ke pipa-pipa ini dan naik ke level N1, yang bisa sama di semua pipa, jika titik A, B dan C dipilih sehingga ketinggian kolom air di dalam pipa adalah h1, h2 dan h3.
Gbr. 9. Garis ekuipotensial dan arus
Jika kita menyatakan dengan h ketinggian permukaan air N1 terhadap beberapa bidang O-O yang dipilih secara acak, maka potensial h untuk semua titik 3, A, B dan C adalah sama. Garis yang menghubungkan ketiga titik tersebut disebut garis ekuipotensial. Air tanah di dalam tanah tidak dapat mengalir sepanjang garis tersebut, melainkan hanya mengalir ke arah titik-titik yang potensialnya lebih rendah.
Dengan cara serupa kita dapat memilih titik D, E dan F dengan massa yang sama dengan potensial lebih rendah h ― Δh. Garis yang menghubungkan ketiga titik tersebut adalah garis ekuipotensial potensial h ― Δh. Aliran air dari titik A pada garis ekuipotensial ABC ke suatu titik yang sangat dekat D dari garis ekuipotensial DEF akan terjadi pada arah jatuh hidrolik terbesar imax, yaitu pada arah jarak terkecil Δlmin = AD. Artinya garis AD yang dilalui air mengalir tegak lurus terhadap kedua garis ekuipotensial, karena
imax = Δh / Δlmin
dimana Δlmin normal pada kedua garis ekuipotensial. Garis normal garis ekuipotensial tersebut adalah arah aliran air dalam massa permeabel dan disebut garis arus. Komunitas garis ekuipotensial dan arus, yang saling tegak lurus satu sama lain, membentuk jaringan aliran.
Jaringan aliran memiliki bentuk yang berbeda-beda menurut permeabilitas massa. Kasus yang paling umum terjadi adalah tanggul yang terbuat dari bahan permeabel pada tanah kedap air, yaitu pada tanah yang dapat dibuat kedap air (gbr. 10). Dalam hal ini, jika tinggi muka air luar konstan, maka garis arus berada di bagian tengah parabola.
Gbr. 10. Jaringan aliran pada tanggul permeabel pada tanah kedap air
Di lereng hulu, parabola terhubung dengan garis tegak lurus lereng, yang merupakan garis ekuipotensial, karena pada ketinggian konstan N1 air tidak mengalir menuruni lereng. Dengan kemiringan hilir, parabola berakhir secara tangensial terhadap lereng tersebut, yang bukan merupakan garis ekuipotensial maupun garis arus. Permukaan tanah kedap air di bawah tanggul merupakan garis arus, karena air di dasar tanggul mengalir sejajar dengan permukaan tersebut. Di bagian atas, jaringan aliran diakhiri dengan parabola dasar yang disebut garis rembesan, yang mewakili batas tanah di bawah aksi filtrasi. Di bawah batas ini, tanah berada di bawah pengaruh filtrasi akibat tekanan hidrostatik air luar H*γW, sedangkan tidak ada filtrasi pada tanah di atasnya. Garis rembesan disebut juga garis jenuh, karena diasumsikan tanah di bawahnya jenuh air seluruhnya, sedangkan di atasnya jenuh air sebagian.
Penilaian lereng yang sebenarnya harus mencakup penyelidikan, stratifikasi, parameter kekuatan, air tanah dan permukaan, perubahan ketinggian, drainase, seismik, fase penggalian atau penimbunan, struktur yang berdekatan dan kondisi sementara. Penggalian tanpa perlindungan yang memadai dan memasuki zona kemungkinan longsor tidaklah aman berdasarkan teks umum atau bentuk lereng itu sendiri.