LEMSlope: Pseudostatik analisis

Artikel kali ini mau nyoba analisis faktor aman lereng terhadap gempa, menggunakan LEMSlope dan membandingkan hasilnya dengan Geostudio Slope/W.

Metode yang digunakan adalah pseudostatik analisis, dimana beban gempa diberikan dengan cara input koefisien gempa horizontal (kh).

Tujuan utama analisis kali ini adalah untuk mencari koefisien gempa horizontal yang menghasilkan faktor aman lereng FS = 1,0. Atau dikenal dengan k yield (ky).

Nilai ky biasanya digunakan untuk menghitung deformasi permanen akibat gempa; namun, perhitungan deformasi tidak akan dibahas kali ini.

Baiklah..

Berikut lereng yang akan dianalisis:

Lereng Tinjauan

Untuk mendapatkan nilai ky, maka akan dicoba beberapa nilai kh (0 – 0.30g) kemudian akan diplot grafik hubungan antara kh dan faktor aman (FS).

Berdasarkan soal lereng di atas, maka ditulis script LEMSlope sebagai berikut:

#~units: m|kN|kPa|kN/m3|degree

import lem

#~materials
sand = lem.new_material_mohr_coulomb(
	name = 'sand',
	color = '#FFFBA9', 
	unit_weight = 20,
	c = 5, 
	phi = 30)

#~base
base = lem.create_base()
base.set_limits(
	left = 0, 
	right = 40, 
	bottom = 0)
base.add_hline(20)

base.assign_material(sand, (1,1))

#~analysis cases
case1 = lem.new_case('Case 1')
case1.cut_right_slope(
	bottom_elevation = 10,
	slope = '2:1',
	x = 30,
	is_top_x = False)

# deskripsi bidang gelincir entry-exit
	
case1.set_entry_exit_limits(
	left_limits = (0,10), 
	left_points_number = 20, 
	right_limits = (30, 40), 
	right_points_number = 20,
	radius_increment_number = 5, 
	slice_number = 30, 
	left_y_limits = [], 
	right_y_limits = [])
	
# input koefisien gempa kh
case1.apply_seismic_load(
	horizontal_coefficient = 0.2)

Sebagai contoh untuk koefisien gempa kh = 0,2; diperoleh faktor aman lereng FS = 1,077.

kh = 0,20 menghasilkan FS = 1,077.

Adapun nilai faktor aman untuk masing-masing nilai kh, diplot sebagai berikut.

Plot nilai kh vs FS; dipeoleh ky = 0,25g

Dari grafik di atas terlihat faktor aman hasil LEMSlope lebih rendah (merah) dibandingkan dengan hasil Geostudio Slope/W (biru). Namun, masih mendekati.

Untuk kondisi lereng kereng sesuai soal di atas; dari hasil plot nilai FS = 1,0 diperoleh nilai ky = 0,25 g.

Dengan demikian LEMSlope dianggap sudah memenuhi analisa faktor aman lereng akibat gempa; metode pseudostatik analisis.

Demikian semoga bermanfaat.

Advertisement

LEMSlope: Muka Air Tanah

Artikel kali ini akan mencoba membandingkan hasil analisa Geostudio (software komersil) dan LEMSlope, contoh kasus pengaruh muka air tanah pada faktor aman lereng.

Update 28 Mei 2022

Sebelumnya, Saya mengucapkan terima kasih atas koreksi yang diberikan oleh Mr. Yong.

Sekitar bulan lalu, Mr. Yong mengirim email pada Saya tentang koreksi kesalahan pada artikel/postingan ini LEMSlope: Muka Air Tanah.

Email tersebut, kira-kira menyatakan bahwa perbandingan kedua software LEMSlope dan Geostudio untuk contoh kasus disini : Verification – Hand Calculations.pdf tidak dapat dibandingkan.

Karena verifikasi Geostudio hanya menggunakan satu (1) bidang gelincir terpilih saja. Sedangkan hasil analisis LEMSlope yang Saya lakukan, menggunakan bidang gelincir dengan faktor aman terkecil.

Sehingga hasil untuk kedua software ini tidak dapat dibandingkan. Kecuali, jika menggunakan bidang gelincir yang sama persis. Sayangnya, LEMSlope belum dapat menampilkan faktor aman untuk semua bidang gelincir.

Dengan demikian, hasil analisis LEMSlope dalam artikel ini hanya bisa dilihat sebagai hasil faktor aman terendah untuk lereng sesuai soal tersebut.

Berikut email Mr. Yong selengkapnya.


Analisis LEMSlope kasus muka air tanah

Berikut soal yang akan dianalisa sebagai berikut:

Ditinjau dua metode yaitu: Metode Ordinary dan Bishop, dengan jumlah irisan 30 buah. Maka ditulis script pada LEMSlope sebagai berikut:

#~units: m|kN|kPa|kN/m3|degree or ft|lbs|psf|pcf|degree

import lem

#~materials
sand = lem.new_material_mohr_coulomb(
	name = 'sand',
	color = '#FFFBA9', 
	unit_weight = 20,
	c = 5, 
	phi = 30)

#~base
base = lem.create_base()
base.set_limits(
	left = 0, 
	right = 40, 
	bottom = 0)
base.add_hline(15)

base.assign_material(sand, (1,1))

#~analysis cases
case1 = lem.new_case('Case 1')
case1.cut_right_slope(
	bottom_elevation = 5,
	slope = '2:1',
	x = 30,
	is_top_x = False)

## input muka air tanah
case1.assign_polyline_phreatic_surface(
	polyline = [(0,12), (10,12), (30,5), (40,5)],
	materials = [])
	
case1.set_entry_exit_limits(
	left_limits = (0,10), 
	left_points_number = 20, 
	right_limits = (30, 40), 
	right_points_number = 20,
	radius_increment_number = 10, 
	slice_number = 30, 
	left_y_limits = [], 
	right_y_limits = [])

Hasil faktor aman yang diperoleh sebagai berikut:

Metode Ordinary – Faktor Aman (FS) = 1,010
Metode Bishop – Faktor Aman (FS) = 1,222

Berikut hasil untuk kedua software tersebut:

SoftwareMetode OrdinaryMetode Bishop
LEMSlope1.0101.222
Geostudio1.1701.249
Hasil Faktor Aman

Demikian semoga bermanfaat.

Referensi: Verification – Hand Calculations.pdf

LEMSlope: Verifikasi Kapasitas Dukung Fondasi Dangkal

Program analisa stabilitas lereng, dapat digunakan untuk analisa faktor aman fondasi dangkal. Sebagai contoh Geostudio Slope/W menganalisa fondasi telapak di sini.

Artikel kali ini, akan mencoba memakai aplikasi LEMSlope untuk analisa fondasi; kemudian dilakukan perbandingan dengan hasil analisis manual (analitik) dan hasil Geostudio.

Soal berikut ditinjau dua (2) kondisi:

  1. Kondisi undrained
  2. Kondisi drained

Lebar pondasi telapak B = 2,0 m. Adapun parameter tanah yang digunakan untuk dua (2) kondisi tersebut, dapat dilihat pada gambar berikut. Berdasarkan hasil manual/analitik diperoleh kapasitas dukung:

Kondisi undrained, qu = NcBSu = 5,52 x 2,0 m x 100 kPa = 552 kPa

Kondisi drained, qu = 0,5γBNγ = 0,5 x 20 kN/m3 x 2,0m x 15,1 =302 kPa


Secara teori, apabila permukaan tanah diberi beban merata sebesar qu; maka akan diperoleh hasil faktor aman (FS) = 1,0.

Strategi tinjauan kapasitas dukung, menggunakan setengah lebar fondasi B/2 = 1,0 m.

Berikut hasil dari running Geostudio. Terlihat faktor aman mendekati 1,0 sesuai dengan asumsi. Namun dengan beberapa catatan.

Analisis Menggunakan LEMSlope

Untuk kondisi 1 – undrained, maka digunakan script sebagai berikut:

#~units: m|kN|kPa|kN/m3|degree or ft|lbs|psf|pcf|degree

# Kondisi 1 tanah undrained

import lem

# beban merata kPa
q = 552

#~materials
tanah = lem.new_material_mohr_coulomb(
	name = 'tanah',
	color = '#ADFF2F', 
	unit_weight = 20,
	c = 100, 
	phi = 0)

#~base
base = lem.create_base()
base.set_limits(left = 0, right = 5, bottom = 0)
base.add_hline(3)
base.assign_material(tanah, (1,1))

#~analysis cases
case1 = lem.new_case('Case 1')
case1.set_entry_exit_limits(
	left_limits = (0, 0.01), 
	left_points_number = 2, 
	right_limits = (1.5, 2.25), 
	right_points_number = 12, 
	radius_increment_number = 5, 
	slice_number = 30)
case1.apply_distributed_load_on_surface(
	load_pairs = [(0,q), (1,q)],
	vertical_load = True)

case1.set_analysis_method(
	method = 'spencer')
Hasil Kondisi 1 – Undrained

Untuk kondisi 2 – drained, maka digunakan script sebagai berikut:

#~units: m|kN|kPa|kN/m3|degree or ft|lbs|psf|pcf|degree
# Kondisi 2 tanah drained

import lem
# beban merata kPa
q = 302

#~materials
tanah = lem.new_material_mohr_coulomb(
	name = 'tanah', 
	color = '#FFFBA9', 
	unit_weight = 20, 
	c = 0, 
	phi = 30)

#~base
base = lem.create_base()
base.set_limits(left = 0, right = 5, bottom = 0)
base.add_hline(3)
base.assign_material(tanah, (1,1))

#~analysis cases
case1 = lem.new_case('Case 1')
case1.set_entry_exit_limits(
	left_limits = (0, 0.01), 
	left_points_number = 2, 
	right_limits = (2.5, 4.5), 
	right_points_number = 50, 
	radius_increment_number = 5, 
	slice_number = 27)
case1.apply_distributed_load_on_surface(
	load_pairs = [(0,q), (1,q)],
	vertical_load = True)

case1.set_analysis_method(
	method = 'janbu')
Hasil Kondisi 2 – Drained

Dari hasil analisis menggunakan LEMSlope diperoleh FS ≈ 1,0 untuk kedua kondisi baik drained maupun undrained.

*Catatan:

  • Kondisi 1 menggunakan bidang gelincir lingkaran sesuai dengan teori bidang runtuh untuk tanah kohesif
  • Kondisi 2 seharusnya menggunakan bidang gelincir log-spiral; akan tetapi pada LEMSlope belum bisa dilakukan. Pada Geostudio dapat dilakukan dengan opsi passive angle pada pilihan entry-exit
  • Sehingga, untuk kondisi 2 dipilih bidang gelincir yang paling mendekati bentuk bidang gelincir dan faktor aman; digunakan metode janbu dengan 27 buah irisan
  • LEMSlope sudah dapat digunakan untuk analisa faktor aman fondasi dangkal

Demikian semoga bermanfaat.

LEMSlope: Verifikasi Tekanan Tanah aktif

Setelah perkenalan dalam artikel sebelumnya mengenai LEMSLope di sini, maka artikel kali ini mau coba verifikasi/kontrol hasil tekanan tanah aktif.

Apakah model dibuat sudah sesuai? apakah tekanan tanah hasil LEMSlope sama/sesuai dengan teori?

Pertanyaan ini akan coba dijawab dalam artikel kali ini.

Baik, berikut soal yang akan dianalisis.

Soal

Dinding tinggi h = 10 m; dengan parameter tanah sesuai gambar di atas.

Berdasarkan teori Rankine, tekanan tanah pada dinding dapat dihitung secara sederhana berdasarkan rumus:

Ka = tan(45 - phi/2)2 = 0.333
Pa = 0,5 x g x h2 x Ka = 300.0 kN

Tekanan tanah ini bekerja pada jarak y = h/3 = 3.333 m dari dasar dinding.

Apabila dinding di atas kita beri gaya lawan; sebesar tekanan tanah Pa = 300.0 kN, pada jarak y = 3.33m; harusnya faktor aman yang diperoleh sama dengan FS=1.0 (kondisi seimbang).

Maka, dibuat kode script pada LEMSlope menggunkanan bahasa Python sebagai berikut:

import lem

#~materials
sand = lem.new_material_mohr_coulomb(
	name = 'sand',
	unit_weight = 18,
	c = 0,
	phi = 30,
	color = '#FFFBA9')
	
#~base
base = lem.create_base()
base.set_limits(left = 0, right = 30, bottom = 0)
base.add_hline(15)

base.assign_material(sand, (1,1))

#~analysis cases
case1 = lem.new_case('Case 1')

case1.cut_polyline(
	polyline = [(20,15), (20.01,5), (30,5)])
	
case1.apply_concentrated_load(
	location = (20,8.33),
	load = 300,
	direction = 180)
	
case1.set_entry_exit_limits(
	left_limits = (11,16),
	left_points_number = 22, 
	right_limits = (20.01, 21),
	right_points_number = 5,
	radius_increment_number = 5, 
	slice_number = 30)

case1.set_analysis_method(method = "spencer")

Dari hasil analisis awal ini, di faktor aman FS = 1,101. FS mendekati 1,0 sesuai dengan asumsi. Akan tetapi perbedaanya masih lumayan sebesar 0,101. Seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Hasil percobaan 1

Perlu diperhatikan, dari gambar di atas terlihat bidang gelincir berupa lengkungan; berbeda dengan asumsi Rankine yang menganggap bidang gelincir berupa garis lurus/planar. Perbedaan ini merupakan akibat dari jumlah irisan yang dipilih sebesar slice_number = 30 irisan.

Maka dicoba slice_number = 1 dan dilakukan running kembali.

Setelah perubahan jumlah irisan menjadi 1 irisan saja. Diperoleh faktor aman sebesar FS = 1.044.

Percobaan kedua ini menghasilkan selisih faktor aman 0.044. Faktor aman sudah mendekati 1, sesuai asumsi. Walaupun terdapat perbedaan, tapi tidak terlalu signifikan.

Hasil percobaan 2

Maka, dengan ini model yang dibuat dianggap sudah sesuai dan tekanan tanah aktif sama dengan teori.

Kesimpulan:

  • Sangat penting untuk melihat asumsi teori dengan model yang digunakan
  • Perbedaan bentuk bidang gelincir sangat mempengaruhi hasil
  • LEMSlope menghasilkan tekanan tanah aktif dan FS yang sesuai

Demikian semoga bermanfaat..

LEMSlope: Analisis stabilitas lereng

Setelah perkenalan dengan LEMSlope di sini. Maka, artikel kali ini mau nyoba bagaimana analisa stabilitas lereng menggunakan program ini.

Perlu ditekankan, bahwa pembuatan model dan analisis dalam program ini adalah dengan cara menulis kode perintah (script) pada konsol, seperti pada gambar berikut.

Oleh karena itu, dalam contoh ini akan dijelaskan lebih detail bagaimana perintah/kode yang digunakan sesuai soal yang ada.

Bagi yang ingin coba, silahkan download installer aplikasinya disini. Cara install cukup mudah, yaitu cukup extract kemudian install file di dalamnya. Klik next.. next hingga selesai.

Tampilan LEMSlope

Sebagai pembanding, maka dicoba Contoh Soal 5.9 dalam buku Braja M. Das. Hasil faktor aman menurut Das adalah sebesar FS = 1,55.

Adapun soalnya sebagai berikut:

Gambar Soal

Rincian soal:

  1. Parameter tanah seperti pada gambar di atas
  2. Tinggi lereng = 14 m
  3. Sudut lereng = 30 derajat
  4. Metode Ordinary/Fellenius
  5. Jumlah irisan = 7

Adapun langkah-langkah pembuatan model pada LEMSlope adalah sebagai berikut:

Pertama,

Hal yang penting untuk diperhatikan adalah satuan. Dalam program ini dapat menggunakan satuan metric atau imperial sebagai berikut.

#~units: m|kN|kPa|kN/m3|degree or ft|lbs|psf|pcf|degree

Dalam contoh ini menggunakan satuan metric; yaitu meter, kN, kPa, kN/m3 dan derajat.

Kedua,

Input parameter tanah menggunakan model material Mohr-Coulomb dengan cara berikut:

import lem

#~materials
tanah = lem.new_material_mohr_coulomb(
	name = 'tanah',
	unit_weight = 16,
	c = 20,
	phi = 20,
	color= '#FFFBA9')

Ketiga,

Kemudian strategi pembuatan geometri/bentuk lereng. Berdasarkan Gambar di atas, kemudian dibuat geometri sebagai berikut,

Gambar Geometri

Terlebih dahulu dibuat base, yaitu daerah kotak bergaris kuning seperti yang terlihat pada gambar di atas. Batas kiri dan kanan daerah menggunakan perintah set_limits(), left untuk batas kiri, right untuk batas kanan, dan bottom untuk batas bawah dalam satuan meter.

add_hline() untuk memasukkan tinggi daerah berwarna kuning dan assign_material untuk memasukkan material tanah yang sudah dibuat sebelumnya di tahap ke dua. Kode perintah adalah seperti berikut:

#~base
base = lem.create_base()
base.set_limits(left = 0, right = 36, bottom = 0)
base.add_hline(20)
base.assign_material(tanah, (18,10))

Keempat,

Setelah itu masuk dalam tahap analisis. Membuat case atau kasus dengan cara,

#~analysis cases
case1 = lem.new_case('Case 1')

Kelima,

Memotong daerah/bidang lereng sesuai gambar geometri, dengan perintah

case1.cut_left_slope(
	bottom_elevation = 6,
	slope = 30,
	x = 5,
	is_top_x = False)

Keenam,

Membuat entry exit untuk bidang gelincir, sama seperti opsi pada Geostudio. Jangan lupa untuk memasukkan jumlah irisan slice_number = 7; sesuai soal. Adapun perintahnya sebagai berikut

case1.set_entry_exit_limits(
	left_limits = (0, 6),
	left_points_number = 12, 
	right_limits = (30, 36),
	right_points_number = 12, 
	radius_increment_number = 5,
	slice_number = 7)

Ketujuh,

Memilih metode analisis yang digunakan, dengan cara menuliskan

case1.set_analysis_method(
	method = 'ordinary')

Kedelapan,

Kode perintah/script yang digunakan secara keseluruhan jika digabungkan menjadi:

#~units: m|kN|kPa|kN/m3|degree or ft|lbs|psf|pcf|degree

import lem

#~materials
tanah = lem.new_material_mohr_coulomb(
	name = 'tanah',
	unit_weight = 16,
	c = 20,
	phi = 20,
	color = '#FFFBA9')

#~base
base = lem.create_base()
base.set_limits(
	left = 0,
	right = 36,
	bottom = 0)
base.add_hline(20)
base.assign_material(tanah, (18,10))

#~analysis cases
case1 = lem.new_case('Case 1')
case1.cut_left_slope(
	bottom_elevation = 6,
	slope = 30,
	x = 5,
	is_top_x = False)
case1.set_entry_exit_limits(
	left_limits = (0, 6),
	left_points_number = 12, 
	right_limits = (30, 36),
	right_points_number = 12, 
	radius_increment_number = 5,
	slice_number = 7)
case1.set_analysis_method(
	method = 'ordinary')

Kesembilan

Running analisis dengan cara tekan tombol keyboard F5 atau Fn+F5. Atau dengan cara klik menu Analysis, kemudian Run All Case.


Perbandingan LEMSLope dan Buku Braja

Adapun hasil analisis stabilitas menggunakan LEMSlope ada sebesar FS = 1.513.

Cukup mendekati faktor aman dari contoh perhitungan buku yaitu sebesar FS =1,55. Maka, pemodelan dianggap sudah benar.

Walaupun ada perbedaan sebesar 0,037 masih dianggap kecil dan tidak begitu signifikan.

Berikut gambar model dan faktor aman yang diperoleh.

Hasil Analisis LEMSlope

Demikian, semoga bermanfaat. Silahkan isi kolom komentar jika ada pertanyaan atau saran terkait contoh ini.

LEMSlope aplikasi gratis analisis lereng

Kali ini mau perkenalan dulu dengan aplikasi gratis dari Yong Technology Inc (Canada); yang bernama LEMSlope.

LEMSlope adalah program analisis stabilitas lereng menggunakan metode irisan atau konvensional yang sering di ajarkan di bangku kuliah.

Aplikasi ini terbilang sangat baru. Rilis tanggal 06 Oktober 2021 (mengacu pada postingan artikel pertamanya di sini)

Menurut si pembuat program; bahwa motivasi awal pembuatan LEMSlope adalah supaya pembuatan model geometri dengan cara deklaratif/script dan membebaskan engineer dari hitungan geometri yang membosankan.

Selain itu, Pengguna tidak perlu mengisi banyak kolom/tampilan (fill in the blank) untuk melakukan analisis.

Sepertinya blog ini akan terus update artikel mengenai topik ini, karena menurut Saya LEMSlope cukup unik dan menarik.

Apa yang membedakan LEMSlope dengan program lain? misalnya: Geostudio

  1. Gratis
  2. Input data geometri, metode, gaya/beban dsb; hanya menggunakan konsol dengan cara menulis scipt.
  3. Script ditulis menggunakan bahasa Python (cukup sederhana)
  4. Saat ini, hanya menggunakan 5 metode kesetimbangan batas atau limit equilibrum method (LEM); sesuai singkatan namanya.
  5. Mungkin cukup ini dulu..

Berikut tampilannya,

LEMSlope tampilan awal

Seperti yang terlihat pada gambar di atas. Tampilannya sangat sederhana, konsol (untuk nulis script) di sebelah kiri; di bawahnya (yang masih kosong) ada tampilan warning/peringatan jika ada error. Bagian kanan terdapat tampilan geometri lereng dan hasil faktor aman.

Adapun metode analisis yang dapat digunakan adalah:

  1. Morgenstern-Price
  2. Spencer
  3. Bishop
  4. Janbu
  5. Ordinary/Fellenius

Masalah kemampuan? jangan dianggap remeh. Aplikasi ini sudah mampu memodelkan beban gempa (seismik), pengaruh muka air tanah, beban titik dan merata, dan yang utama adalah kecepatan merevisi geometri.

Bagaimana cara penggunaan dan fitur yang tersedia? akan dibahas dalam artikel selanjutnya. Berhubung saya juga masih awal memperlajari aplikasi ini. Selain itu, dokumen manual LEMSlope belum bisa di akses disini Panduan LEMSlope.

Demikian, terus pantau blog ini untuk mendapatkan update informasi.

Update 03 Desember 2021

Mengenai ketersediaan panduan; setelah Saya menanyakan ke Mr. Yong di sini, ternyata panduan resmi LEMSLope memang belum ada sampai sekarang. Panduan yang ada hanya berupa vidio dan cheat sheet yang yang ada pada menu help.