Beberapa Model Penelitian Kestabilan Lereng untuk Mahasiswa Program Sarjana

Transkripsi

1 Beberapa Model Penelitian Kestabilan Lereng untuk Mahasiswa Program Sarjana Zufialdi Zakaria Universitas Padjadjaran, Jl. Raya Bandung-Sumedang KM-21, Jatinangor zufialdi.zakaria@unpad.ac.id Abstrak Penelitian analisis kestabilan lereng sangat diperlukan untuk keperluan mitigasi kebencanaan geologi dan untuk menunjang pengembangan tata ruang dan kewilayahan secara umum, terutama di wilayah yang rawan longsor atau di wilayah dengan kemiringan beragam. Hubungan yang signifikan antara kemiringan lereng ( ) dan Faktor Keamanan lereng (FS), telah memberikan model penelitian berupa hubungan antara kemiringan dan Faktor Keamanan lereng dengan hasil FS = f ( ). Hasil didapatkan berupa persamaan hubungan, besar koefisien korelasi, dan nilai stabil, kritis, dan labil. Untuk stabilisasi lereng, pekerjaan terasering dapat dilakukan sehingga didapatkan desain lereng stabil. Hubungan yang signifikan antara kedalaman Muka Air Tanah (MAT) dan Faktor Keamanan lereng (FS), telah memberikan model penelitian berupa hubungan antara Muka Air Tanah dan Faktor Keamanan lereng dengan hasil FS = f (MAT). Hasil didapatkan berupa persamaan hubungan, besar koefisien korelasi, dan nilai stabil, kritis, dan labil. Untuk stabilisasi lereng, pekerjaan dewatering (dan terasering) dapat dilakukan agar didapatkan desain lereng stabil. Hubungan yang signifikan peran gempa yang menurunkan Faktor Keamanan lereng (FS), memberikan model penelitian hubungan antara percepatan gempa horizontal dengan Faktor Keamanan lereng dengan hasil FS = f ( h). Hasil didapatkan berupa persamaan hubungan, besar koefisien korelasi, dan nilai ( h)stabil, ( h)kritis, dan ( h)labil. Untuk mitigasi bencana longsor, lereng-lereng dengan nilai percepatan gempa horizontal yang sudah diketahui, dapat dijadikan wilayah limitasi. Model penelitian ini dapat dikembangkan di berbagai daerah dengan harapan akan didapatkannya hasil dari para peneliti mahasiswa program sarjana khususnya mengenai analisis kestabilan lereng di berbagai daerah. Kata Kunci : kestabilan lereng, lereng, Muka Air Tanah Pendahuluan Masalah kestabilan lereng merupakan masalah yang seringkali muncul di Indonesia, kejadian longsor sering muncul terutama pada saat musim hujan tiba. Beberapa kasus kestabiln lereng lainnya terjadi dengan pemicu dari gempa tektonik, atau getaran kendaraan. Mengingat hal-hal tersebut, maka kajian ilmiah mengenai kestabilan lereng selalu diperlukan sebagai upaya mitigasi kejadian gerakan tanah atau longsor. Beberapa kajian ilmiah mengenai kestabilan lereng pada umumnya diperlukan untuk keperluan mitigasi kebencanaan geologi dan

2 untuk menunjang pengembangan tata ruang dan kewilayahan secara umum, terutama di wilayah yang rawan longsor atau di wilayah dengan kemiringan beragam. Aplikasi dari model penelitian kestabilan lereng dapat dimanfaatkan di dunia pertambangan (terutama di tambang terbuka), di teknik sipil, dan di pertanian (terutama pada pencetakan sawah di lahan-lahan miring). Artikel ini akan dibatasi dalam pembahasannya hanya hal-hal yang berkaitan kestabilan lereng tanah saja. Untuk kestabilan lereng batuan akan digunakan metode lain yang berbeda dengan lereng tanah. Kerangka pekerjaan Sehubungan dengan hal di atas, maka penelitian kestabilan lereng sangat beragam, karena dapat ditinjau dari beberapa aspek: 1. Berdasarkan keperluan (yang berhubungan dengan tambang, pertanian, atau sipil), untuk pengembangan wilayah pertambangan (tambang terbuka), wilayah pertanian (pembukaan lahan pertanian di daerah berkemiringan lereng), atau wilayah tata guna lahan yang umum bagi pekerjaanpekerjaan teknik sipil. 2. Berdasarkan kajian pemicu gerakan tanah oleh peningkatan curah hujan, percepatan horisontal ( a) getaran gempa tektonik, atau getaran kendaraan di daerah rawan longsor 3. Berdasarkan dampak lingkungan, seperti peningkatan Muka Air Tanah akibat curah hujan tinggi, pemotongan lereng untuk berbagai keperluan, dan pembangunan fisik di tubuh lereng atau puncak lereng. Beberapa perguruan tinggi yang tersebar diberbagai provinsi di Indonesia telah menyelenggarakan program studi yang berhubungan dengan studi kestabilan lereng sesuai keperluannya, misalnya: Program studi teknik tambang, teknik geologi, teknik sipil, fisika, geofisika, teknologi pertanian, planologi, dan lain-lainnya. Mahasiswa dari berbagai program studi tersebut sangat berpotensi untuk melaksanakan studi kestabilan lereng di daerah masing-masing untuk tugas akhirnya, sehingga penelitian mengenai kestabilan lereng di berbagai daerah dengan kondisi geologi masing-masing, dapat diketahui oleh banyak orang. Kasus-kasus kestabilan lereng di tiap daerah dapat menjadi artikel ilmiah yang khas dan bisa sama-sama dipelajari, sehingga akan ada interaksi antar penulis artikel. Metodologi Penelitian mengenai kestabilan lereng bisa dibagi menjadi dua bagian: 1) Analisis lereng alami; 2) Analisis lereng desain; 3) Membandingkan tingkat kemananan lereng pada kondisi alami dan kondisi lereng desain. Hal di atas akan melibatkan perhitungan Faktor Keamanan lereng. Yang pertama adalah menghitung Faktor Keamanan pada kondisi semula, atau pada kondisi alami. Yang kedua adalah menghitung Faktor Keamanan lereng untuk rancangbangun lereng stabil. Yang ketiga adalah membandingan kondisi alami dengan kondisi lereng rancang bangun. Kini, berbagai software analisis lereng sudah banyak beredar, mulai dari versi untuk student, versi trial, dan versi untuk profesional. Dengan bantuan perangkat lunak, perhitungan Faktor Keamanan lereng dalam analisis lereng menjadi lebih mudah. Analisis lereng alami biasanya menjadi bagian dari analisis lereng desain. Analisis lereng alami dilakukan dengan menggunakan kondisi lereng alami saat itu, sedangkan analisis lereng desain dilakukan pada berbagai kondisi yang mempengaruhi lereng. Kondisi tersebut dapat disimulasikan, misalnya: kemiringan lereng, kedalaman Muka Air Tanah, dan percepatan maksimum gempa. Untuk desain lereng stabil, bisa digunakan cara simulasi (Zakaria, 2010). Diagram alir pekerjaan simulasi dapat dilihat pada Gambar 1.

3 Tabel 1. Nilai F dan maknanya (modifikasi dari Bowles, 1989, dalam Zakaria, 2010) Nilai Faktor Keamanan F > 1,25 1,25 < F < 1,07 F < 1,07 Kejadian pada lereng Jarang longsor Pernah longsor Sering longsor Makna lereng Relatif stabil Kritis Labil Gambar 1. Diagram alir simulasi lereng stabil (Zakaria, 2010) a) Prinsip Dasar Prinsip dasar perhitungan Faktor Keamanan (simbol FS, Safety Factor, atau cukup F saja) adalah perbandingan antara gaya-gaya pendorong ( ) dan gaya-gaya penahan (S) di dalam tubuh lereng, atau digambarkan dengan rumus: F = / S. Secara teoritis adalah: Jika F > 1, maka lereng stabil. Jika F = 1, maka lereng kritis. Jika F < 1 maka lereng labil. Namun dari pengalaman dalam kajian analisis lereng, Bowles (1989, dalam Zakaria, 2010) memberikan nilai F dengan makna lerengnya sebagai berikut: Untuk analisis lereng alami, bisa dibandingkan antara hasil perhitungan faktor keamanan lereng alami dengan tabel di atas. Pada beberapa skripsi program sarjana beberapa dekade yang lalu, analisis lereng hanya sampai pada tahap ini. Hal tersebut terjadi karena pada waktu itu, komputer personal belum banyak digunakan. Menghitung faktor keamanan lereng dan menilai makna lereng, sudah cukup untuk saat itu, kemudian ditambahkan sedikit perkiraan perkuatan lerengnya. Untuk tahap sekarang, perhitungan faktor keamanan lereng alami perlu dibandingkan dengan faktor keamanan desain, sehingga besar faktor keamanan kondisi awal dan kondisi desain dapat diukur. Lereng desain dapat dilakukan dengan simulasi perhitungan faktor keamanan lereng pada kondisi lereng: 1) Dibuat terasering (dua tiga undak atau sesuai keperluan) 2) Dibuat berkemiringan landai 3) Dibuat simulasi kenaikan dan penurunan muka air tanah. 4) Dibuat simulasi perkiraan gempa Untuk empat hal di atas saja, maka akan ada beberapa judul skripsi S1 untuk lereng rancangbangun yang melibatkan nilai Faktor Keamanan, kemiringan lereng, muka air tanah, faktor percepatan gempa horizontal. Jika memungkinkan, perhitungan lereng desain yang melibatkan muka air tanah dapat diperdalam dengan dewatering (air dibuang atau disedot atau dipompa) untuk menurunkan muka air tanah. Hal yang terakhir ini akan melibatkan kajian hidrogeologi yaitu diperlukan data arah aliran air tanah, dan debit air di bawah permukaan tanah, sehingga dalam

4 kajian dewatering, banyaknya air yang harus dikeluarkan dapat dihitung dan terukur agar muka air tanah (MAT) bisa diturunkan. Satu hal yang sering terlupakan oleh para mahasiswa dalam penelitian analisis kestabilan lereng adalah informasi mengenai kondisi geologi teknik daerah setempat, yaitu Peta Geologi Tenik (Jihadi et al., 2015). Peta geologi teknik yang sudah terbit, bisa dijadikan referensi awal. Pemetaan geologi teknik barangkali menjadi suatu pekerjaan khusus, yaitu memetakan kondisi geologi daerah studi ditinjau dari aspek geologi teknik dengan cakupan studi yang beragam sesuai dengan keperluan. Biasanya mengacu kepada skala peta dan tingkat detail peta, sehingga dapat dibagi menjadi beberapa jenis peta geologi teknik berdasarkan skala (Dearman, 1991) b) Thema Penelitian Berikut ini contoh beberapa thema penelitian yang dapat disesuaikan dengan kondisi daerah baik dalam pertambangan maupun dalam pengembangan kewilayahan secara umum: 1) Kestabilan lereng tunggal di daerah X dengan menilai Faktor Keamanan suatu lereng di daerah X dan menguraikan penanganannya secara kualitatif jika lereng akan diperkuat. Penelitian ini sederhana, yaitu menghitung FS suatu lereng (Gambar 2). Penelitian yang sederhana ini bisa bermakna bila dilakukan tidak pada satu lereng saja, tetapi dengan menghitung Faktor Keamanan beberapa lereng di daerah X kemudian memberikan ulasan mengenai cara kualitatif perkuatan lereng, misalnya menambah dinding penahan di kaki lereng, memperlandai lereng, memotong lereng bagian atas melalui terasering, dan sebagainya. 2) Kestabilan lereng-lereng desain di daerah X dengan membuat terasering dua-tiga undak sesuai dengan keperluan agar lereng aman (Zakaria, 2009). Thema ini adalah salah satu cara rancangbangun lereng stabil melalui terasering. Bisa dilakukan di tempat yang sama dengan thema pertama di atas, dengan pelaksanakan penelitiannya adalah orang yang berbeda, yaitu membandingkan keamanan lereng pada kondisi lereng tunggal dan lereng desain melalui terasering. 3) Kestabilan lereng tunggal di daerah X dan dihubungkan dengan besar sudut kemiringan lereng sehingga didapat kondisi besar sudut kemiringan lereng stabil, kritis, dan labil (Zakaria, 2010). Thema ini merupakan stabilisasi lereng dengan cara simulasi lereng stabil. Peningkatan faktor keamanan lereng ditinjau dari kemiringan lerengnya saja. Tabel 2. Contoh hubungan Faktor Keamanan dengan Kemiringan Lereng Tanah (modifikasi dari Zakaria, 2010) Nilai Faktor Keamanan (F) dan maknanya (Bowles, 1989) Kemiringan lereng F < 1,07 Longsor sering terjadi, lereng labil α > 44,28 o 1,07 < F < 1,25 Longsor pernah terjadi, lereng relatif labil 44,28 o < α < 26,29 o Gambar 2. Perhitungan Faktor Keamanan lereng tunggal (Zakaria, 2011) F > 1,25 Longsor jarang terjadi, lereng relatif stabil α< 26,29 o

5 4) Kestabilan lereng tunggal maupun lereng terasering yang dihubungkan dengan peningkatan / penurunan muka air. Faktor keamanan lereng akan meningkat jika MAT diturunkan (Gambar 3). Pada penelitian ini, kondisi lereng stabil, kritis dan labil, dihubungkan dengan tinggi muka air tanah, maka akan ditemukan pada kondisi muka airtanah seberapa dalam kestabilan lereng akan berubah. 5) Stabilisasi lereng melalui penurunan MAT dengan dewatering. Untuk daerah yang sama, maka kajian di atas bisa digabung dengan penelitian hidrogeologi mengenai dewatering. Setelah mendapatkan kedalaman MAT pada kondisi stabil, kritis, dan labil, maka dewatering bisa dirancang melalui serangkaian kajian hidrogeologi (pumping test, dsb.) untuk mengetahui debit air bawah permukaan dan arah aliran bawah permukaan, sehingga arah aliran airtanah dan banyaknya air yang harus dikeluarkan agar muka air tanah turun pada kedalaman tertentu dapat diketahui. Kemudian, kekuatan pompa dapat disarankan berdasarkan besar debit untuk menurunkan muka air tanah tersebut. 6) Kestabilan lereng di daerah X yang dihubungkan dengan beban gempa yang diperhitungkan dari nilai percepatan gempa horisontal, h (Zakaria et al., 2015), sehingga didapatkan hubungan faktor keamanan dengan percepatan gempa (Gambar 4). Gambar 3. Nilai faktor keamanan meningkat pada kondisi muka air tanah diturunkan (Zakaria, 2012) Gambar 4. Pengurangan nilai Faktor Keamanan yang disebabkan oleh peningkatan percepatan gempa horisontal ( horisontal ) pada musim hujan dan kemarau (Hirnawan, 1993, dalam Zakaria et al., 2015) Cukup membandingkan kedua kondisi tersebut di suatu daerah X, maka sudah menjadi suatu karya skripsi. Untuk lebih bermakna, penelitian dapat ditingkatkan dengan menganalisis besar signifikansi perbedaan pada kedua musim dengan analisis statistik uji beda beserta nilai signifikansinya. Pekerjaan ini barangkali akan memerlukan waktu. Pada saat pengambilan sampel sedikitnya dilakukan dalam dua musim. 7) Thema di atas bisa juga dibagi pada dua skripsi, yaitu thema penelitian pada kondisi kemarau dan thema penelitian pada kondisi hujan. Hasil yang akan didapatkan adalah percepatan gempa horizontal pada kondisi

6 lereng stabil, kritis, atau labil di musim hujan (1) dan di musim kemarau (2). 8) Penelitian di atas bisa dikondisikan dengan cara lain jika tidak mau menunggu dua musim, yaitu pada kondisi sampel alami saat itu dibandingkan dengan pada kondisi sampel jenuh. Untuk cara penelitian ini, sebaiknya pengambilan sampel tanah dilaksanakan pada musim kering (kemarau), sehingga akan didapatkan sampel pada kondisi natural. Penelitian akan membedakan kestabilan lereng pada kondisi natural dan kondisi jenuh, maka sampel tanah dibagi dua: sampel natural dan sampel yang direndam terlebih dahulu (untuk mendapatkan kondisi jenuh. 9) Thema penelitian kestabilan lereng yang jarang dilakukan adalah penelitian kestabilan lereng pada musim hujan, karena pengambilan sampel dilakukan saat musim hujan. Penelitian ini menghubungkan curah hujan dengan nilai faktor kemanan lereng di suatu daerah, maka perlu mengetahui besarnya nilai curah hujan pada saat hujan dan membandingkannya dengan nilai faktor keamanan pada kondisi curah hujan saat itu. Cara simulasi dapat dilakukan dalam penelitian ini (Zakaria et al., 2015) berdasarkan hubungan-hubungan seperti ada Gambar 5. Diskusi Dalam penelitian kestabilan lereng, semua faktor penyebab longsor dan faktor pemicu longsor dapat diinventarisir. Anomali yang muncul saat inventarisir faktor-faktor tersebut, bisa digali lebih jauh untuk penelitian yang lebih komprehensif sehingga perilaku longsor atau gerakan tanah secara umum dapat diketahui. Jika hasil penelitian kestabilan lereng di berbagai perguruan tinggi di Indonesia dapat dihimpun, maka akan dapat diketahui karakteristik lereng tanah dari lapukan batuan dasar setempat atau lereng tanah pada Formasi yang bebeda-beda sesuai lokasi penelitian. Secara sederhana, contoh thema penelitian akan menampilkan kasus-kasus pada lereng tunggal maupun lereng majemuk dengan berbagai kondisi sebagai berikut: a) FS versus kemiringan lereng b) FS versus MAT c) FS versus h c) FS versus curah hujan Kesimpulan Analisis kestabilan lereng merupakan studi yang masih menarik dan masih dibutuhkan sesuai kebutuhan, baik di dunia pertambangan, sipil, pertanian, atau pengembangan wilayah secara umum. Model penelitian perlu dikembangkan di berbagai daerah agar hasil penelitian mahasiswa mengenai analisis kestabilan lereng dapat dihimpun, dan dipelajari lebih jauh untuk kepentingan yang lebih luas. Gambar 2. Hubungan curah hujan dengan nilai Faktor Keamanan (Zakaria et al., 2015) Pustaka Dearman, W.R., 1991, Engineering geological mapping,butterworth-heinemann, Oxford, 387 p. Jihadi, L.H., Azzy, F.N., Anural, M.B., & Zakaria, Z., 2015, Engineering Geological Mapping as a part of Landslide Mitigation at Surface Mining Site, in Engineering

7 Geology for Society and Teritory, Volume 2, Chapter: 319, pp Zakaria, Z. (2009) Analisis kestabilan lereng tanah. Laboratorium Geologi Teknik, Fakultas Teknik Geologi, Universitas Padjajaran, 37 halaman, diakses dari situs: es/2009/11/zufialdi-zakaria-2009-analisiskestabilan-lereng-tanah.pdf, 2 April Zakaria, Z. (2010) Model Starlet, suatu usulan untuk mitigasi bencana longsor dengan pendekatan genetika wilayah (Studi kasus: Longsoran Citatah, Padalarang, Jawa), Jurnal Geologi Indonesia, Vol. 5 No. 2 Juni 2010: , dapat diakses melalui situs: ex.php/dir/article_download/267, diakses tanggal 2 April Zakaria, Z., 2011, Analisis Kestabilan Lereng Tanah, Laboratorium Geologi Teknik, Program Studi Teknik Geologi, Fakultas Teknik Geologi, Unpad, 37 hal. diakses dari es/2009/11/zufialdi-zakaria-analisis- Kestabilan-Lereng pdf, diakses tanggal 2 April 2016, pukul Zakaria, Z., Modul Analisis Kestabilan Lereng, FTG, Universitas Padjadjaran, unpublished, 220 hal. Zakaria, Z., Hirnawan, F., Widayati., S., Rain and Earthquake-induced Landslides in West Java, Indonesia, Case Study in Subang Area near the Baribis Fault, with Implications for an Early Warning System, in: Engineering Geology for Society and Territory - Volume 2, Chapter: 106, pp Zakaria, Z., Jihadi, L.H., Syahida, Z., & Oscar, A.W., 2015, Simulation of Slope Stability in the Dry and Rainy Seasons at Jatinangor, District Of Sumedang, West Java, Proceeding HANOIGEO 2015, International Conference on "Engineering Geology in Respon to Cimate Change and Suistainable Development of Infrastructure", Publishing House for Science and Technology, Hanoi, Vietnam, Desember 2015, p