PENGARUH AKAR TUMBUHAN (VETIVERIA ZIZANIOIDES) TERHADAP PARAMETER GESER TANAH DAN STABILITAS LERENG

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil 4 (KoNTekS 4) Sanur-Bali, 2-3 Juni 2010 PENGARUH AKAR TUMBUHAN (VETIVERIA ZIZANIOIDES) TERHADAP PARAMETER GESER TANAH DAN STABILITAS LERENG Merry Natalia dan Harianto Hardjasaputra Jurusan Teknik Sipil Universitas Pelita Harapan ABSTRAK Penggunaan tumbuhan sebagai salah satu cara dalam menangani kelongsoran pada tanah lereng sudah umum diketahui, metode stabilisasi lereng ini dikenal dengan Green Technology. Kriteria tumbuhan terbaik adalah memiliki berat sendiri yang ringan, namun memiliki akar yang kuat dan panjang dan dapat menembus failure surface dari satu lereng. Akar Wangi atau Vetiveria Zizanioides (Vetiver) memenuhi kriteria untuk metode green technology ini, tergolong rumput rumputan namun bukan hama, dengan perakaran serabut dan panjang akar mencapai 3-4 m dalam waktu satu tahun. Parameter geser tanah, yaitu sudut geser dalam dan kohesi tanah, merupakan faktor yang penting dalam meningkatkan nilai faktor keamanan suatu lereng dan menjadi fokus dalam penelitian ini. Suatu lereng di areal UPH yang terlebih dahulu diketahui nilai parameter fisik dan geser nya, dipilih untuk ditanami Vetiver, pada usia 3 bulan sampel komposit tanah dan akar Vetiver diambil dan diuji di laboratorium mekanika tanah, untuk mengetahui parameter fisik dan gesernya. Dari hasil laboratorium diperoleh kesimpulan bahwa komposit tanah dan akar Vetiver menambah nilai kohesi pada tanah sebesar 35.8% sedangkan nilai sudut geser dalam tidak mengalami perubahan. Analisa stabilitas lereng dengan menggunakan program PLAXIS dilakukan untuk mendapatkan nilai faktor keamanan lereng tanpa dan dengan akar Vetiver. Akar Vetiver dianalogikan sebagai node to node anchor dengan nilai kuat tarik yang diperoleh dari hasil uji kuat tarik akar Vetiver sebesar 0.16 kn. Kata kunci: faktor keamanan, kuat geser tanah, stabilitas lereng, Vetiver 1. PENDAHULUAN Dalam proses urbanisasi terjadi perubahan tata guna lahan yang membawa berbagai dampak negatif salah satunya adalah penggundulan hutan yang apabila diikuti dengan curah hujan besar dapat menyebabkan kelongsoran pada lereng, hal ini dapat menimbulkan kerugian material maupun jiwa. Untuk itu perubahan tata guna lahan hendaknya pada daerah lereng hendaknya diikuti oleh proses stabilisasi terhadap lereng tersebut. Berbagai metode stabilisasi lereng telah banyak berkembang saat ini, baik metode stabilisasi secara mekanik maupun kimiawi. Akan tetapi kedua metode ini menjadi relatif mahal dan sulit dikerjakan apabila lereng tersebut berada pada daerah remote dan ukuran lereng yang akan distabilkan cukup besar, sehingga metode alternatif perlu dikembangkan. Gambar 1. Kelongsoran lereng (Kiri) dan Metode stabilisasi lereng, Soil Nailing (Kanan) [Troung, 2008] Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 87

2 Merry Natalia dan Harianto Hardjasaputra Metode stabilisasi alternatif dengan menggunakan tumbuhan telah digunakan sejak dahulu, merupakan metode stabilisasi lereng yang murah, mudah dan ramah terhadap lingkungan. Kriteria tumbuhan yang tepat untuk metode ini adalah tumbuhan yang memiliki berat sendiri yang ringan dan memiliki akar dengan panjang yang dapat menembus failure surface dari lereng tersebut. Dalam penelitian ini, dipilih Vetiveria Zizanioides atau Akar Wangi yang selanjutnya akan disebut Vetiver sebagai tumbuhan dalam metode stabilisasi lereng alternatif yang selanjutnya akan disebut metode green technology, karena menggunakan bahan alam dan energy yang digunakan dalam metode ini sangat minimum. 2. TINJAUAN PUSTAKA Kelongsoran lereng terjadi apabila penambahan beban pada lereng melebihi kekuatan tanah, dengan kata lain kuat geser tanah tidak dapat menahan beban pada lereng tersebut. Untuk mengatasi hal ini dibutuhkan perkuatan tambahan yang biasa disebut stabilisasi lereng dan dalam penelitian ini metode stabilisasi lereng yang digunakan adalah dengan menggunakan tumbuhan yang berbasis pada green technology. Beberapa penelitian telah dikembangkan, untuk menyelidiki jenis tumbuhan yang paling tepat menjadi metode stabilisasi lereng berbasis green technology ini, antara lain Rumput Gajah (Santiawan, Wardana, Redana 2007), Leucaena Leucocephala, (Normaniza, Faisal, Barakbah 2008), dan Vetiver (Truong, Van Pinners, 2008). Fokus penelitian ini adalah pada tumbuhan Vetiveria Zizanioides, dikarenakan sifat fisik Vetiver sangat memenuhi kriteria metode stabilisasi green technologi antara lain: perakaran Vetiver merupakan perakaran serabut dan dapat mencapai 3 4 meter menembus tanah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, juga merupakan tumbuhan berjenis rumput yang ringan dan dapat disiangi. Mekanisme stabilisasi metode green technology dengan tumbuhan Vetiver terhadap kelongsoran lereng yaitu Vetiver yang tumbuh pada tanah lereng akan berinteraksi membentuk bahan komposit dengan tanah. Komposit tanah dan akar Vetiver ini yang kemudian akan menjadi angkur hidup pada tanah dan diharapkan panjang akar Vetiver dapat menembus slip failure surface lereng yang akan distabilkan. Gambar 2. Akar Tumbuhan Vetiver (Kiri) dan Mekanisme perkuatan oleh akar Vetiver (Kanan) [8] 3. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan penanaman tumbuhan Vetiver di lereng UPHyang mengacu pada Puslitbang Jalan dan Jembatan Department PU. Monitoring terhadap pergerakan lereng juga dilakukan dengan memasang rambu rambu pada lereng tanah, yang kemudian akan dipantau dengan menggunakan Theodolit. G - 88 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

3 Pengaruh Akar Tumbuhan (Vetiveria Zizanioides) Terhadap Parameter Geser Tanah Dan Stabilitas Lereng Pengambilan sampel tanah dilakukan sebelum dan sesudah penanaman Vetiver berumur 3 bulan dan kemudian di uji pada Laboratorium Mekanika Tanah UPH dengan tujuan untuk mendapatkan perbandingan nilai parameter-parameter fisik dan mekanik kedua jenis tanah tersebut. data uji lab ini menjadi input parameter untuk analisa program PLAXIS. Persiapan Lokasi Pengambilan sampel tanah Pengujian lab mekanika tanah untuk properti (mekanik & fisik) tanah tanpa akar Vetiver Penanaman Vetiver Pemeliharan Vetiver Monitoring Pergerakan Lereng Analisa Data dan Perhitungan FOS dengan PLAXIS Pengambilan sampel tanah + Vetiver setelah berumur 3 bulan Pengujian lab mekanika tanah untuk komposit tanah dan akar Vetiver dan uji kuat tarik akar Vetiver Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi: Gambar 3 Flowchart Penelitian 1. Pengujian berat jenis (ASTM D ) dan kadar air (ASTM D854-72) 2. Pengujian batas-batas Atterberg (ASTM D & ASTM D423-66) 3. Pengujian ukuran butiran (uji ayakan ASTM D dan uji hydrometer ASTM D421-72) 4. Pengujian geser langsung (ASTM D ) 5. Pengujian triaxial UU (ASTM D 2850) 6. Pengujian kuat tarik akar Vetiver berumur 3 bulan. Gambar 4. Lereng UPH sebelum distabilkan (Kiri) Lereng setelah ditanami Vetiver (Kanan) Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 89

4 Merry Natalia dan Harianto Hardjasaputra 4. HASIL LABORATORIUM Benda uji tanah yang belum ditanami Vetiver diambil sampai kedalaman 4 meter dan dilakukan pengujian di lab. Mekanika Tanah UPH, dan setelah tiga bulan penanaman Vetiver di tanah lereng UPH, diperoleh komposit tanah dengan akar Vetiver seperti Gambar 5 di bawah. Panjang akar Vetiver yang tumbuh setelah 3 bulan adalah sekitar cm, dalam hal ini kurang dari 100 cm, sehingga pengujian contoh komposit tanah dengan vetiver hanya difokuskan pada sampel di kedalaman 0 1 m. Perlu diketahui bahwa pada bulan November dan Desember curah hujan yang terjadi di areal UPH Karawaci cukup besar. Gambar 5. Komposit tanah dan akar Vetiver (3 bulan) (Kiri) Akar Vetiver pada umur 3 bulan (Tengah dan Kanan) Dari kedua pengujian untuk tanah tanpa akar Vetiver dan komposit tanah dengan akar Vetiver diperoleh parameter seperti pada Tabel 1 di bawah ini. Nilai kadar air yang bertambah menunjukkan adanya curah hujan yang cukup sering terjadi. Tabel 1. Perbandingan nilai properti fisik tanah asli dan komposit tanah dengan akar Vetiver Kedalaman 0-1 (m) Tanah Asli Tanah komposit akar Vetiver (3 bulan) Berat Isi tanah basah (gr/cm 3 ) Berat Isi tanah kering (gr/cm 3 ) Specific Gravity (Gs) Kadar Air, w (%) Batas Cair, LL (%) Index Plastisitas, PI (%) Kelas USCS MH OH Perbandingan parameter geser tanah berdasarkan hasil uji Direct Shear dan Triaxial UU, dapat dilihat pada Tabel 2 di bawah. Peningkatan nilai kohesi tanah yang terjadi cukup signifikan yaitu sebesar kpa menjadi kpa, sedangkan nilai sudut geser dalam tidak berubah cukup banyak, hal ini dikarenakan, akar Vetiver bekerja sebagai angkur halus yang membantu melawan gaya geser pada tanah, dalam hal ini pada benda uji Direct Shear maupun Triaxial UU. Tabel 2. Perbandingan nilai parameter geser tanah tanpa akar Vetiver dengan komposit tanah dan akar Vetiver berumur 3 bulan Tanah Asli Direct Shear Komposit tanah + akar (3 bulan) Tanah Asli Triaxial UU Komposit tanah + akar(3 bulan) Kohesi, c, (kpa) ,538 Sudut geser dalam, φ ( ) G - 90 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

5 Pengaruh Akar Tumbuhan (Vetiveria Zizanioides) Terhadap Parameter Geser Tanah Dan Stabilitas Lereng Kurva Distribusi Tegangan Geser Shear Stress Max (Kpa) Normal Stress (Kpa) Tanpa Akar Vetiver Dengan akar Rumput Vetiver 5. PERHITUNGAN FAKTOR KEAMANAN Gambar 6. Kurva Distribusi Tegangan Geser Dari hasil pengujian laboratorium dan pengukuran dimensi lereng dengan menggunakan theodolit diperoleh profil tanah lereng secara melintang dan kemudian dianalisa dengan menggunakan program PLAXIS 7.2. Skenario pemodelan PLAXIS dalam penelitian ini dibagi menjadi 2 yaitu: Pemodelan 1 : Analisa lereng tanpa rumput Vetiver. Dengan input yang terlampir pada Lampiran A dan dengan geometri lereng, model dari lereng di areal UPH dapat dimodelkan seperti pada Gambar 7 kiri di bawah, dan output nya dapat dilihat pada Gambar 7 kanan. Berdasarkan perhitungan diperoleh nilai faktor keamanan untuk pemodelan 1 ini adalah sebesar Dari Gambar 7 kanan, dapat dilihat bahwa pola keruntuhan lereng berbentuk circle slip surface. Gambar 7. Input geometri lereng (Kiri) dan output geometri lereng (Kanan) Pemodelan 2 : Analisa lereng dengan akar rumput Vetiver berumur 3 bulan dengan panjang akar 50 cm yang diasumsikan sebagai angkur halus (node to node anchor) dimana akar Vetiver yang bekerja pada satu titik terdiri dari 3 buah serat angkur. Properti akar Vetiver yang diperlukan untuk pemodelannya sebagai node to node anchor adalah kuat tarik dan diameternya. Kuat tarik diperoleh dengan melakukan uji kuat tarik sperti yang terlihat pada Gambar 8 dan diperoleh hasil kuat tarik seperti pada Gambar 9. Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 91

6 Merry Natalia dan Harianto Hardjasaputra Gambar 8. Pengujian Tarik Akar Rumput Vertiver Gambar 9. Hasil Uji Tarik Akar Rumput Vetiver Diameter yang dimasukkan sebagai input merupakan nilai rata rata besar diameter dari satu akar rumput Vetiver, karena diameter akar dalam satu akar tersebut mempunyai besar yang berbeda beda. Dalam uji tarik ini diambil nilai diameter yang diukur dengan jangka sorong digital dari satu akar tanaman rumput Vetiver yaitu sebesar 1.6 mm, dengan nilai gauge length yaitu 56 mm. Nilai E didapat dengan perbandingan stress dengan strain yang linear pada Gambar 9 di atas yaitu: σ L L o = N mm dan dengan A = ¼.π.d.d = 2 mm 2, diperoleh nilai EA yang dimasukkan untuk pemodelan akar Vetiver berumur 3 bulan adalah 0.16 kn. Pemodelan akar Vetiver dan geometry pada lereng dapat dilihat pada Gambar 10 di bawah. Dan berdasarkan hasil perhitungan faktor keamanan yang diperoleh untuk Pemodelan kedua ini adalah G - 92 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

7 Pengaruh Akar Tumbuhan (Vetiveria Zizanioides) Terhadap Parameter Geser Tanah Dan Stabilitas Lereng Gambar 10. Pemodelan lereng dengan akar Vetiver berusian 3 bulan. Peningkatan nilai FOS yang tidak berarti ini dapat diakibatkan karena panjang akar Vetiver yang dimodelkan hanya 50 cm, sedangkan dari Gambar 7 (Kanan) dapat dilihat bahwa slip circle failure surface memiliki kedalaman melebihi 50 cm, sehingga dapat disimpulkan akar Vetiver belum bekerja secara optimum di umur 3 bulan. Berdasarkan hasil pemantauan pergerakan lereng dengan menggunakan theodolit dan output dari perhitungan PLAXIS diperoleh data seperti Tabel 3 dibawah. Pergerakan lereng maksimum terjadi pada koordinat yang sama yaitu pada Rambu ketiga, dengan besar penurunan sebesar 5. 3 cm. Tabel 3. Perbandingan Pergerakan Lereng Hasil Monitoring Theodolit dan Analisa PLAXIS Koordinat Hasil Monitoring Theodolit Hasil dari analisa PLAXIS Rambu X(m) Y (m) Ux Ux Gambar 11. Denah Rambu untuk pemantauan dengan Theodolit Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 93

8 Merry Natalia dan Harianto Hardjasaputra 6. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan dan saran yang dapat ditarik berdasarkan penelitian yang telah dilakukan ini antara lain adalah: 1. Peningkatan parameter geser tanah akibat adanya komposit tanah Vetiver hanya terjadi pada kohesi tanah yaitu sebesar 35.8%, sedangkan pada sudut geser dalam, akar Vetiver tidak memberikan peningkatan yang berarti, kesimpulan sementara yang dapat diambil adalah akar Vetiver akan memberikan hasil yang optimum pada tanah lempung, namun hal ini dapat diarahkan pada penelitian selanjutnya untuk menyelidiki pengaruh akar Vetiver pada berbagai jenis tanah. 2. Dapat dilihat bahwa peningkatan kuat geser tanah dan faktor keamanan tidak linear, akan tetapi dipengaruhi oleh kuat tarik akar, yang dalam hal ini memerlukan waktu untuk Vetiver tumbuh dan mencapai panjang, diameter dan kuat tarik yang optimum. Oleh karena itu disarankan dalam penelitian selanjutnya dilakukan penelitian mengenai laju pertumbuhan Vetiver untuk mencapai panjang dan diameter yang semakin optimum untuk meningkatkan nilai faktor keamanan. DAFTAR PUSTAKA Lee.Abramson.,Thomas S.Lee.,Sunil Sharma.,Glenn M.Boyce., Slope Stability And Stabilization Methods, 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, Normaniza, O., Faisal, H.A., Barakbah, S.S., 2008, Engineering Properties of Leucaena Leucocephala for prevention of slope failure Journal of Ecological Engineering, Vol. 32 (2008) hal Puslitbang Jalan Dan Jembatan, Departemen Pekerjaan Umum., Agustus 2009, Website resmi engineering technology.com. Bandung. Santiawan, I N., Wardana, I.G., Redana, I. W., 2007, Penggunaan Vegetasi (Rumput Gajah) dalam Menjaga KestabilanTanah Terhadap Kelongsoran, Jurnal Ilmiah Teknik Sipil,, Vol 11, No. 1, Denpasar: Universitas Udayana Truong, P., 2008, Cut Batter Stabilization Trial On Very Steep Slope Near Bandung, Indonesia. Truong, P., Tran Tan Van., Elise Pinners., The Vetiver System For Slope Stabilization: An Engineer's Handbook, Vietnam; CreateSpace Truong, Paul, Website resmi vetiver U.S. Army Corps of Engineers, 2003, Engineering Manual, EM , CECW-EW Washington, DC , DEPARTMENT OF THE ARMY G - 94 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta

9 Lampiran A. Input Profile Lereng Pemodelan 1. Tanah tanpa Akar Vetiver Pengaruh Akar Tumbuhan (Vetiveria Zizanioides) Terhadap Parameter Geser Tanah Dan Stabilitas Lereng Lampiran B. Input Profile Lereng Pemodelan 2. Komposit Tanah dengan Akar Vetiver Layer Parameter Symbol Clay 1 Clay 2 Clay 3 Clay 4 Silty and Sandy Dense With Unit Clay Cemented Material Model Mohr-coulomb Mohr-coulomb Mohr-coulomb Mohr-coulomb Mohr-coulomb Mohr-coulomb Model Dry Weight γ dry KN/m 3 Wet Weight γ wet KN/m 3 Permeability 8.64E E E E E E-05 m/day Young s Eref/ E07 7.E07 KN/m 2 Modulus Poisson s ratio V Cohesion C KN/m 2 Friction Angle ϕ DilatancyAngle ψ Interface Rinter Rigid Rigid Rigid Rigid Rigid Rigid Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta G - 95

10 Merry Natalia dan Harianto Hardjasaputra G - 96 Universitas Udayana Universitas Pelita Harapan Jakarta Universitas Atma Jaya Yogyakarta