PENGARUH INFILTRASI DAN MATERIAL GEOLOGI TERHADAP ANALISIS STABILITAS LERENG MENGGUNAKAN TRMM

Transkripsi

1 PENGARUH INFILTRASI DAN MATERIAL GEOLOGI TERHADAP ANALISIS STABILITAS LERENG MENGGUNAKAN TRMM R. Rochmawati 1, A. Rifa i 2, W. Wilopo 3 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik dan Sistem Informasi, Universitas Yapis Papua Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Abstrak Bencana tanah longsor sering melanda Wilayah Kecamatan Karangkobar, Kabupaten Banjarnegara, Jawa tengah. Karakteristik Kecamatan Karangkobar merupakan daerah pegunungan dengan relief bergelombang dan curam. Kabupaten Banjarnegara berada pada ketinggian m dpl, dengan kemiringan lahan bervariasi antara %. Seringnya turun hujan dengan intensitas yang tinggi pada daerah tersebut diduga menjadi salah satu faktor penyebab kelongsoran, oleh karena itu dilakukan analisis stabilitas lereng untuk mengetahui hal tersebut.penelitian ini diawali dengan pengambilan sampel tanah di lapangan pada kondisi saat curah hujan sedang dan saat curah hujan tinggi. Pengujian laboratorium yaitu pengujian indeks properties tanah, pengujian permeabilitas, pengujian geser langsung dan pengukuran tekanan air pori negatif (matric suction). Tahap selanjutnya dilakukan analisis estimasi dan fitting soil water characteristic curve menggunakan SoilVision. Analisis curah hujan menggunakan TRMM dikorelasikan pada perhitungan infiltrasi dengan Metode Horton. Tahap terakhir analisis yaitu dengan pemodelan lereng menggunakan SLOPE/W dan divalidasi dengan kondisi di lapangan.hasil validasi berdasarkan SLOPE/W menunjukkan kondisi lereng pada bulan January sebesar SF = 1.162, setelah dianalisis dengan curah hujan tinggi pada bulan Februari nilai safety factor berubah menjadi SF = dan untuk bulan September angka aman (SF) = Hasil simulasi lereng setelah dilakukan perencanaan menggunakan sistem bench dengan kemiringan 60, ketinggian masing masing 4 m dengan lebar 2 m menghasilkan SF = Kata kunci : stabilitas lereng, infiltrasi, tekanan air pori, TRMM 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bencana tanah longsor sering melanda wilayah kecamatan karangkobar, kabupaten banjarnegara, Jawa Tengah. Kabupaten Banjarnegara terletak antara Lintang Selatan dan Bujur Timur. Berada pada jalur pegunungan di bagian tengah Provinsi Jawa Tengah sebelah barat yang membujur dari arah barat ke timur. Karakteristik daerah Kecamatan Karangkobar merupakan daerah pegunungan dengan relief bergelombang dan curam. Ketinggian pada Kabupaten Banjarnegara bervariasi antara ketinggian m dpl karena letaknya yang berada pada jalur pegunungan, ketinggian tersebut mencakup 37,04 % luas wilayah Kabupaten Banjarnegara. Apabila ditinjau dari kemiringan lahan maka Kecamatan Karangkobar berada diatas % (untuk kelerengan). Berdasarkan gambaran umum tersebut dapat dimaklumi apabila wilayah karangkobar sering terjadi bencana longsor. Bencana longsor di kabupaten banjarnegara paling parah terjadi pada bulan desember tahun 2014 di Dusun Jemblung, Desa Sampang yang memakan korban jiwa kurang lebih 200 orang, selain itu rumah warga pun lenyap tertimbun longsoran. 214 Hujan yang turun secara terus menerus menyebabkan di dalam tanah air mengalir dalam arah lateral, aliran air ke dalam tanah melalui permukaan tanah dikenal dengan istilah Infiltrasi. Gerak air di dalam tanah melalui pori-pori tanah dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan gaya kapiler. Gaya gravitasi menyebabkan aliran selalu menuju ke tempat yang lebih rendah, sementara gaya kapiler menyebabkan air bergerak ke segala arah. Air kapiler selalu bergerak dari daerah basah menuju ke daerah yang lebih kering. Tanah kering mempunyai gaya kapiler lebih besar daripada tanah basah. Gaya tersebut berkurang dengan bertambahnya kelembaban tanah. Selain itu, gaya kapiler bekerja lebih kuat pada tanah dengan butiran halus seperti lempung daripada tanah berbutir kasar pasir. Apabila tanah kering, air terinfiltrasi melalui permukaan tanah karena pengaruh gaya gravitasi dan gaya kapiler pada seluruh permukaan. Setelah tanah menjadi basah, gerak kapiler berkurang karena berkurangnya gaya kapiler. Infiltrasi air hujan menaikkan derajat kejenuhan tanah dan mereduksi tekanan air pori negatif, sehingga kuat geser menjadi turun. Hal ini menyebabkan perubahan pada kondisi tanah yang awalnya jenuh sebagian (unsaturated) berubah

2 menjadi kondisi jenuh (saturated), akibatnya tekanan air pori negatif berkurang hingga nol pada saat jenuh sempurna dan berubah menjadi tekanan air pori positif pada tanah yang berada dibawah muka air tanah. Dengan naiknya tekanan air pori, maka tegangan normal dalam tanah akan berkurangdan mengakibatkan turunnya kuat geser tanah, sehingga stabilitas tanah berkurang (Hardiyatmo, 2006). Pada umumnya, material pembentuk lereng adalah tanah atau batuan. Tanah merupakan agregat alami dan butiran butiran mineral yang dapat dipisahkan satu sama lain oleh kocokan air, sedang batu adalah agregat alami yang terdiri dari mineral mineral yang terikat dengan sangat kuat oleh gaya gaya kohesif yang permanen. Dalam kenyataannya, di alam terdapat banyak agregat partikel partikel mineral yang sulit diklasifikasikan sebagai tanah atau batu (Terzaghi et al, 1996). Sehigga kestabilan lereng dapat pula dianallisis dengan menggunakan teknik geologi (engineering geology) yaitu dengan memperhatikan material penyusun lereng. 1.2 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui pengaruh curah hujan terhadap kelongsoran lereng dilokasi penelitian, 2. Mengetahui pengaruh infiltrasi terhadap kestabilan lereng, 3. Mengetahui lapisan penyusun lereng ditinjau dari aspek geologi, 4. Mengetahui hubungan antara struktur geologi dan stabilitas lereng. 1.3 Batasan Masalah Pada penelitian ini terdapat beberapa batasan yang diberlakukan antara lain : 1. Lokasi penelitian adalah lereng di Dusun Wanayasa yang berada pos VII di KM Kabupaten Banjarnegara Provinsi Jawa Tengah, 2. Perhitungan kapasitas infiltrasi menggunakan metode Horton, 3. Sampel tanah untuk pengujian di laboratorium diambil dengan menggunakan handbore, 4. Data hujan diperoleh dari data hujan jam-jaman tahun 2015 di Banjarnegara Provinsi Jawa Tengah, 5. Pengukuran matric suction menggunakan tensiometer, 6. Tidak memperhitungkan mengenai faktor gempa yang terjadi dilokasi penelitian, 7. Analisa air tanah yang dimaksud pada penelitian ini fokus pada air hujan. 1.4 Prosedur Penelitian 1. Pengujian Lapangan Pengujian di lapangan dilakukan dengan menggunakan bor tangan untuk mendapatkan sampel yang akan digunakan pada pengujian dilaboratorium. Pengambilan sampel tanah dilapangan ini dilakukan sebanyak 2 kali yaitu pada saat curah hujan sedang dan saat curah hujan tinggi. 2. Pengujian Laboratorium Pengujian yang dilakukan di laboratorium diantaranya yaitu pengujian indeks properties tanah, pengujian permeabilitas dan pengukuran tekanan air pori negatif (matric suction). 3. Pengolahan Data Curah Hujan Data yang didapatkan dari TRMM lokasi Banjarnegara. 4. Pengolahan Peta Topografi Pengolahan peta topografi dimaksudkan untuk memperoleh gambaran mengenai kondisi geometri lereng pada lokasi penelitian. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan software Global Mapper dan ArcGIS. 5. Perhitungan Infiltrasi Metode yang digunakan untuk menghitung kapasitas infiltrasi menggunakan Metode Horton, sehingga akan diketahui pengaruh hujan terhadap kapasitas infiltrasi. 6. Simulasi Numeris Dalam simulasi numeris ini program yang digunakan untuk mengetahui kondisi stabilitas lereng terhadap pengaruh infiltrasi menggunakan software SLOPE/W dari parameter yang telah didapatkan pada hasil pengujian laboratorium. Tabel 1.1 Kondisi yang digunakan pada analisis stabilitas lereng No Bulan Kondisi Hujan Curah Hujan 1 Januari Peralihan Sedang 2 Februari Penghujan Tinggi 3 September Kemarau Rendah 2. LANDASAN TEORI 2.1 Pengukuran Matric Suction dengan Metode Tensiometer Tensiometer adalah suatu alat praktis untuk mengukur kandungan air tanah, tinggi hidrolik dan gradien hidrolik. Alat ini terdiri atas cawan sarang, secara umum terbuat dari keramik yang dihubungkan melalui tabung ke manometer, dengan seluruh bagian diisi air. Saat cawan diletakkan di dalam tanah pada waktu pengukuran hisapan dilaksanakan, air total didalam cawan melakukan kontak hidrolik dan cenderung untuk seimbang dengan air tanah melalui pori-pori pada dinding keramik. 215

3 (a) (b) Gambar 2.1 (a) Alat tensiometer, (b) Penggunaan tensiometer 2.2 Fitting Soil Water Characteristic Curve (SWCC) pada SoilVision. Hubungan antara kadar air maupun derajat kejenuhan dan matric suction dapat digambarkan melalui fitting kurva SWCC yang terdapat pada SoilVision. SoilVision merupakan salah satu program yang berisi sistem database tanah yang dapat digunakan untuk estimasi properties tanah jenuh maupun tanah jenuh sebagian dan perilaku tanah dalam model matematisnya. Salah satu fungsi dari SoilVision yaitu terdapat menu fitting grafik SWCC berdasarkan distribusi ukuran butiran dan hasil pengujian laboratorium. 2.3 Infiltrasi menggunakan Metode Horton Faktor yang berperan untuk pengurangan laju infiltrasi seperti penutupan retakan tanah oleh koloid tanah dan pembentukan kerak tanah, penghancuran struktur permukaan lahan dan pengangkutan partikel halus dipermukaan tanah oleh tetesan air hujan. Horton mendeskripsikan infiltrasi tanah dengan pendekatan empiris yang merupakan fungsi dari waktu. Laju infiltrasi berdasarkan Metode Horton dihitung dengan Persamaan 2.1. Gambar 2.2 Metode Morgenstern - Price 2.5 Analisis Stabilitas Lereng Mengacu pada pembagian fisiografi Jawa Tengah (Van Bemmelen, 1949), geologi daerah penelitian di Kabupaten Banjarnegara meliputi beberapa satuan / formasi. Kondisi topografi daerah Banjarnegara secara umum memperlihatkan keadaan yang bergelombang cukup kuat dan curam, dimana keadaan yang demikian ini diakibatkan oleh kontrol struktur geologi dan kondisi litologi / batuan penyusunnya. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Kondisi Lereng Lokasi penelitian ini adalah lereng di ruas Jalan Banjarnegara Wanayasa KM Kecamatan Karangkobar, Kabupaten Banjarnegara Provinsi Jawa Tengah. Lereng tersebut memiliki kemiringan sekitar 85 dan berada tepat di pinggir ruas jalan Wanayasa Banjarnegara. Kondisi lereng pada daerah tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.1. f = fc + (fo fc)... (2.1) Dengan : f = laju infiltrasi (cm/jam) fc = laju infiltrasi konstan (cm/jam) fo = laju infiltrasi awal (cm/jam) e = bilangan dasar logaritma ( ) t = waktu (jam) K = konduktivitas hidraulik tanah Gambar 3.1 : Kondisi lereng KM Banjarnegara 2.4 Analisis Stabilitas Lereng Morgenstern and Price (1965) membuat suatu analisis umum di mana seluruh syarat batas dan syarat keseimbangan terpenuhi dan permukaan runtuh dapat berbentuk lingkaran, bukan lingkaran, atau gabungan keduanya seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.2. Gambar 3.2 Letak titik potongan melitang pada lokasi penelitian 216

4 3.2 Analisis Data Sekunder Setelah dilakukan validasi maka dapat diketahui sifat fisik dari masing-masing lapisan tanah, yaitu : 1. Lanau kelempungan Pada lapisan pertama ini mempunyai tipe lanau kelempungan dengan sedikit pasir sangat lunak sampai lunak berwarna coklat, mempunyai Spesific Gravity Of Solid (Gs) 2.59, Water Content (w) %, Void Ratio (e) 1.96, Porosity (n) %. Sedangkan untuk parameter uji geser langsung diperoleh nilai kohesi (c) kpa dan sudut gesek dalam (ф) Lempung kelanauan Pada lapisan kedua ini mempunyai tipe lempung kelanauan dengan sedikit pasir, lunak dan berwarna coklat kemerahan. Mempunyai Spesific Gravity Of Solid (Gs) 2.60, Water Content (w) %, Void Ratio (e) 1.81, Porosity (n) %. Sedangkan untuk parameter uji geser langsung diperoleh nilai kohesi (c) kpa dan sudut gesek dalam (ф) Lempung kepasiran Pada lapisan ketiga ini mempunyai tipe lempung kepasiran kaku sampai sangat kaku dengan warna coklat tua. Mempunyai Spesific Gravity Of Solid (Gs) 2.62, Water Content (w) %, Void Ratio (e) 1.49, Porosity (n) %. Sedangkan untuk parameter uji geser langsung diperoleh nilai kohesi (c) kpa dan sudut gesek dalam (ф) 18. bimodal untuk fitting distribusi ganda. Pada persamaan unimodal mempunyai output error (R²) dari SoilVision sebesar dan persamaan bimodal mempunyai output error (R²) sebesar Estimasi dan Fitting SWCC dengan SoilVision Berdasarkan hasil estimasi hanya 2 metode yang mendekati trendline dari masing-masing metode yaitu Arya and Paris PTF mempunyai nilai error (R²) sebesar dan Scheinost PTF mempunyai nilai error (R²) sebesar Hasil estimasi ini kurang sesuai sehingga perlu dilakukan fitting dengan input data yang sama seperti yang telah dilakukan pada estimasi. Model fitting SWCC secara umum mendekati hasil pengujian laboratorium. Hasil fitting metode Fredlund and Xing menunjukkan nilai error (R²) sebesar sedangkan metode Van Genuchten nilai error (R²) sebesar dan metode Mualem sebesar Dari ketiga metode tersebut dipilih fitting metode Fredlund and Xing (Gambar 3.3) yang paling sesuai karena menunjukkan nilai koefisien determinasi yang lebih tinggi dibandingkan yang lainnya. 3.3 Pengukuran Matric Suction dengan Metode Tensiometer Adapun hasil pengujian mutric suction dengan menggunakan alat tensiometer disajikan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 : Hasil pengujian matric suction dengan metode tensiometer (VWCC) Pengukuran cm³ / cm³ Kalibrasi Kadar Air (W) cm³ / cm³ % % kpa Matric Suction (Ua-Uw) Gambar 3.3 : Fitting metode Fredlund and Xing 3.6 Analisis Curah Hujan menggunakan Tropical Rainfall Measuring Misson (TRMM) Melalui TRMM dapat pula diketahui grafik hubungan antara besarnya intensitas hujan yang terjadi pada bulan februari dan dalam waktu setahun seperti pada Gambar 3.4. dan Gambar 3.5. Grafik intensitas curah hujan setahun dapat digunakan sebagai validasi pemilihan hujan bulanan. Selain itu dipilih pula hujan bulan Januari dan September seperti pada Gambar 3.6 dan Gambar 3.7, sebagai pembanding. 3.4 Fitting Distribusi Ukuran Butir dengan SoilVision Fitting dengan SoilVision memiliki 2 model persamaan, yaitu persamaan unimodal dan persamaan bimodal. Persamaan unimodal digunakan untuk fitting distribusi tunggal sedangkan persamaan 217

5 Gambar 3.4 : Intensitas hujan tahun 2015 Gambar 3.5 : Intensitas hujan bulan Februari Gambar 3.8 : Hubungan antara durasi, kapasitas infiltrasi dan intesitas 3.8 Analisis Stabilitas Lereng Simulasi analisis stabilitas lereng dilakukan pada tiga kondisi hujan yaitu pada kondisi peralihan, penghujan dan kemarau. Pada kondisi bulan Januari diperoleh nilai SF = dengan menggunakan metode Morgenstern-Price seperti pada Gambar 3.9. Pada kondisi bulan Februari dengan menggunakan metode yang sama namun berbeda nilai parameternya diperoleh nilai SF = ditunjukkan pada Gambar Sedangkan bulan September meningkat, nilai SF = pada Gambar Gambar 3.6 : Intensitas hujan bulan Januari Gambar 3.9 : Simulsi lereng pada bulan Januari Gambar 3.7 : Intensitas hujan bulan September 3.7 Kapasitas Infiltrasi menggunakan Metode Horton Hubungan antara durasi, kapasitas infiltrasi dan intensitas dapat digambarkan pada Gambar 3.8 Gambar 3.10 : Simulsi lereng pada bulan Februari 218

6 Gambar 3.11 : Simulsi lereng pada bulan September 3.9 Analisis Aspek Geologi Adapun deskripsi tipe dan umur jenis tanah / batuan pada lokasi penelitian dapat dilihat pada Tabel 3.2. Dari hasil pengujian kemudian dilakukan simulasi dan diperoleh SF = pada Gambar Gambar 3.13 : Hubungan infiltasi,bulan dan angka aman Tabel 3.2 : Klasifikasi jenis tanah / batuan di daerah penelitian Kode Deskripsi Umur Tmr Serpih, napal dan batu pasir gampingan; mengandung foraminifera kecil. Qd (Qdo) Lava andesit dan andesitkuarsa, serta batuan klastika gunungapi. Kandungan silika batuan berkurang dari muda ke tua. Tersier (Tertiary)- Miosen (tengah) Kuarter (Quaternary)- Holosen Gambar 3.12 : Simulsi lereng berdasarkan data geologi 3.10 Hubungan Antara Analisis Infiltrasi dan Analisis Stabilitas Lereng Berdasarkan hasil perhitungan infiltrasi dengan mengunakan metode Horton dan beberapa kondisi analisis stabilitas lereng yang sudah dilakukan, dapat dibuat hubungan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 3.13 dan Gambar Gambar 3.14: Hubungan derajat kejenuhan,bulan dan angka aman 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan Dari serangkaian pengolahan data dan analisa yang dilakukan pada penelitian ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Hujan dengan intensitas dan durasi yang tinggi pada bulan Februari menjadi salah satu faktor penyebab longsoran pada lereng di lokasi penelitian. 2. Terjadi perubahan angka keamanan pada lereng akibat adanya infiltrasi air hujan kedalam tanah. Dari validasi yang telah dilakukan, lereng pada bulan Januari mempunyai safety factor (SF) = berubah menjadi SF = pada bulan Februari dan naik menjadi SF = pada bulan September. Hal ini menunjukkan lereng dalam keadaan tidak aman / berpeluang terjadinya longsor. 3. Bahwa terdapat hubungan aspek geologi terhadap analisis stabilitas lereng yang dilakukan dengan mengasilkan angka aman sebesar (SF) = Perencanaan lereng dengan sistem bench, dimana kemiringan lereng dilandaikan menjadi ± 60 dengan masing-masing ketinggian 4 m dan lebar 2 m menghasilkan SF = pada kondisi bulan Februari. 219

7 4.2 Saran Sehubungan dengan kesimpulan-kesimpulan tersebut, maka saran-saran yang dapat dikemukakan dalam penelitian ini sebagai berikut : 1. Perlu dilakukan pemodelan hujan yang bervariasi agar diketahui model hujan dengan intensitas tertentu yang dapat mempengaruhi kondisi kejenuhan tanah pada stabilitas lereng. 2. Validasi terhadap stabilitas lereng dapat dilakukan dengan software lain sebagai pendukung. 3. Perlu analisis lebih lanjut mengenai kondisi masing-masing lapisan penyusun lereng ditinjau dari segi geologi secara lebih detail. 4. Perlu penyelidikan khusus terhadap kondisi morfologi lereng di lokasi penelitian. 5. Perhitungan infitrasi dapat digabungkan dengan metode lain agar memperoleh nilai pembanding. 6. Sebaiknya melakukan uji infiltrasi secara langsung agar nilai infiltrasi dapat divalidasi dan mendapatkan nilai laju infiltrasi yang lebih akurat. DAFTAR PUSTAKA 12. Prasetiyowati, SH., 2007, Analisis Pengaruh Karakteristik Hujan Terhadap Gerakan Lereng, Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. 13. Putra, H Pengaruh Infiltrasi terhadap Perubahan ParameterTanah Jenuh Sebagian dalam Analisis Stabilitas Lereng. Yogyakarta: Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada. 14. Putri, F. A Penentuan Soil-Water Characteristic Curve Tanah Berpasir Berdasarkan Alat Tensiometer dan Software SoilVision Yogyakarta: Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada. 15. Rifa i, A. 2002, Mechanical Testing and Modeling of An Unsaturated Silt, With Engineering Applications Ph.D, Desertation, EPFL, Switzerland. 16. Soil Vision Manual A Knowledge-based database system for soilproperties. Soil Vision Ltd, Canada. 17. Wesley, D, Laurence. 2012, Mekanika Tanah untuk Tanah Endapan & Residu, Penerbit Andi, Yogyakarta 1. Abramsom, LW., TS., Sharma, S., dan Boyce, GM., 1995, Slope Stability and Stabilization Methods, John Willey & Sons, Inc, Newyork. 2. Chow, VT, Maidment, DR., Mays, LW., 1988, Applied Hydrology, Mc Graw-Hill International Editions Civil Engineering Series, Singapura. 3. Das, B. M Principles of Geotechnical Engineering.7 th edition. Boston: PWS Publishing. 4. Fredlund, D.G. & Rahardjo, H., Soil Mechanics for Unsaturated Soils. Canada: John Willey & Sons, Inc. 5. Fredlund, D. G., and Morgenstern, N. R., 1997, Stress State Variables for Unsaturated Soils, Journal of Geotechnical Engineering Division, Proceeding, American Society of Civil Engineering (GTS), 103 : Han, D. 2010, Cocise Hydrology, University of Bristol, UK. 7. Hardiyatmo, H.C., 2012, Tanah Longsor dan Erosi, Kejadian dan Penanganan, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta. 8. Hasrullah, 2009, Studi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng, Jurnal Ilmuilmu Teknik Sistem, Vol 5 No. 2 : Karnawati, D Geologi Umum dan Teknik. Yogyakarta: Program Pascasarjana Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada. 10. Karnawati, 2006, Pengaruh Kondisi Vegetasi dan Geologi Terhadap Gerakan Tanah Dengan Pemicu Hujan, Media Teknik No. 3 : Leroueil, S., Hight, D., 2003, Characteritation and Engineering Properties of Natural Soil, Procedding of the International Workshop, Singapura :