ANALISIS KESTABILAN LERENG BERDASARKAN INTEGRASI DATA GEOFISIKA TAHANAN BATUAN DAN GEOTEKNIK N-SPT

Transkripsi

1 PROSIDING HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK ANALISIS KESTABILAN LERENG BERDASARKAN INTEGRASI DATA GEOFISIKA TAHANAN BATUAN DAN GEOTEKNIK N-SPT Ardy Arsyad, Tri Harianto, Lawalenna Samang & Ronald Angi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea Makassar, Telp./Fax: (0411) Wahniar Hamid PT. Yodya Karya (Persero) Cabang Makassar, Jl. A.P. Pettarani 74 Makassar Abstrak Studi ini memaparkan analisa kestabilan lereng dengan menggunakan integrasi data geofisika dan geoteknik. Data geofisika dilakukan melalui penyelidikan geolistrik tomografi dengan konfigurasi Wenner dan Wenner Schlumberger, dan geoteknik dengan metode bor inti dan pengujian standard penetration test (SPT). Tanah longsor pada Poros Jalan Nasional Majene- Mamuju Sulawesi Barat (Km ) menjadi lokasi studi dengan kondisi geologi berformasi Gunungapi Adang dan berelief terjal (15-30 ). Stratifikasi batuannya adalah pasir lempung, tufa dan kemudian batupasir. Dari hasil studi didapatkan bahwa pengujian geofisika mampu mengobservasi stratifikasi batuan dan mengidentifikasi bidang sentuh antara lapisan batuan masif dan batuan lapuk (tanah) yang kemudian dikategorikan sebagai bidang gelincir. Bidang gelincir ini terkonfirmasi oleh simulasi numerik berdasarkan data geoteknik. Dapat diindikasikan pula adanya korelasi empirik antara resistivitas batuan dan nilai N-SPT. Studi ini diharapkan dapat memberikan kontribusi pengembangan integrasi metode geolistrik dan N- SPT pada analisa kestabilan lereng yang lebih akurat. Kata Kunci: geolistrik tomografi, geoteknik N-SPT, analisa kestabilan lereng PENDAHULUAN Integrasi antara penyelidikan geolistrik dan geoteknik dilakukan untuk mendapatkan data dan interpretasi yang tepat mengenai profil batuan dan tanah lereng (Sudha et al., 9; Oh and Sun, 7). Salah satu pendekatan metode pendugaan kondisi bawah permukaan lereng adalah integrasi geolistrik dan geoteknik (SPT Borehole) yang dapat menghasilkan dugaan gambaran kondisi bawah permukaan yang valid beserta properti mekanik geomaterialnya. Survei geolistrik telah banyak digunakan pada penyelidikan kondisi lereng pada pra dan pasca landslide (Hazreek et al, 2012; Grandjean et al., 2011; Friedel et al., 6; Godio and Bottino, 2011). Integrasi survey geolistrik dan data geoteknik dapat memberika data dan interpretasi yang tepat mengenai profil batuan dan tanah lereng (Sudha et al., 9; Oh and Sun, 7). Meskipun demikian, analisa stabilitas lereng dengan memadukan data geolistrik dan geoteknik belumlah banyak dilakukan pada kasus-kasus kelongsoran di Indonesia. Oleh karena itu, studi ini mencoba mengaplikasikan analisa stabilitas lereng dengan metode integrasi interpretasi antara data geolistrik dan geoteknik. Integrasi Geolistrik Tomografi dan Geoteknik N-SPT Pelaksanaan survei geolistrik pada post-failure landslide telah banyak dilakukan untuk menyelidiki variasi bawah permukaan. Akan tetapi, survey geolistrik dapat memiliki kesalahan dikarenakan tahanan listrik tanah yang berkaitan dengan kadar air dan material tanah tidak diukur secara langsung (Liu dan Evett, 8). Survei geolistrik lebih bersifat kualitatif (Clayton et al., 1995) dan olehnya itu memerlukan konfirmasi kuantitatif melalui data geoteknik seperti log bore dan data pengujian laboratorium. Integrasi antara kedua survai ini dapat dilakukan dengan tahapan sebagaimana dijelaskan pada Gambar 1. Penyelidikan geolistrik dilakukan untuk mendapatkan data makro termasuk stratifikasi tanah/batuan, heterogenitasnya dan serta muka air tanah. Sementara itu, penyelidikan geoteknik dilakukan untuk mendapatkan data mikro mengenai akan properti mekanis tanah/batuan termasuk data kuat geser, sudut geser, kohesi dan densitas tanah. Kedua data makro dan mikro ini akan dapat melengkapi pemahaman kita akan kondisi di bawah permukaan pada lokasi yang ditinjau. Volume 7 : Desember 2013 Group Teknik Sipil ISBN : TS9-1

2 Analisis Kestabilan Lereng Berdasarkan Ardy Arsyad, Tri Harianto, Lawalenna Samang, Ronald A. & Wahniar H. Data geofisika dan geoteknik menjadi bahan yang komprehensif untuk mengevaluasi dan menganalisa kondisi bawah permukaan. Selain itu, data tersebut memudahkan untuk memodelkan dan mengsimulasi besaran dan letak sliding plane pada lereng yang ditinjau melalui analisa numerik. PENYELIDIKAN SUBSURFACE SURVEI GEOLISTRIK PENYELIDIKAN GEOTEKNIK Evaluasi Stratifikasi batuan dan Analisis Data Simulasi Numerik Analisa Bidang Gelincir Gambar 1. Bagan Alir Penyelidikan Subsurface untuk Analisa Kelongsoran Studi Kasus Kelongsoran pada Jalan Nasional Majene-Mamuju Sulawesi Barat Lokasi studi terletak di poros Mamuju Batas Majene berjarak km dari Makassar Sulawesi Selatan (Gambar 1). Digital elevation Model mengindikasikan lokasi studi terletak pada relief bergelombang dengan sudut kemiringan 30 (Gambar 3a). Kondisi geologi lokasi kelongsoran terdiri dari dua satuan kelompok batuan yang jika diurutkan dari yang tertua hingga yang termuda (Gambar 3b) sebagai berikut: Formasi Mamuju (Tmm) terdiri dari Napal, Kalkarenit, Batugamping Koral bersisipan tufa dan baru pasir, setempat terdapat Konglomerat. Batuan Gunungapi Adang (Tma) terdiri dari Tufa, Lava dan Breksi gunungapi, terutama bersusunan leusit-basalt, sebagian mika. Lereng Km pada Formasi Gunungapi Adang. Terdapat bidang patahan berjarak 2.9 km dari lereng Km Kawasan Majene-Mamuju merupakan daerah aktif gempa. Terdapat vegetasi yang sudah terkonversi menjadi kebun, namun tidak ditemui permukiman pada sekitar lokasi studi. Longsoran yang sudah terjadi cukup besar dan mengancam stabilitas jalan yang ada di atas lereng (Gambar 4). Penyelidikan Geolistrik Pengambilan data dilakukan secara langsung di lapangan dengan menggunakan konfigurasi Wenner dan Wenner Schlumberger. Data yang diperoleh dijadikan model sintetik dengan menggunakan perangkat lunak Res2Dmod yang menghasilkan penampang (apparent resistivity), yang kemudian diinversikan dengan menggunakan perangkat lunak Res2Dinv yang menghasilkan profil 2D true resistivity. Parameter pada model sintetik ini kemudian dijadikan parameter lapangan untuk akuisisi data. Hasil inversi dengan menggunakan perangkat lunak Res2Dinv berupa profil 2D secara vertikal yang dapat menunjukkan kedalaman dan sebaran resistivitas sebenarnya. ISBN : Group Teknik Sipil Volume 7 : Desember 2013 TS9-2

3 S 2 S 3 S E 119 E E Lokasi PelaksanaanSurvei E S S 3 S Dicetak LebihTebal TitikKetinggian Sungai Pemukiman Jalan Km Skala 1:22500 TitikLongsor S 2 S 3 S E 119 E E Lokasi PelaksanaanSurvei E 1 S S 3 S Perkiraan Waktu (juta tahun) Km Patahan Dicetak LebihTebal TitikKetinggian Sungai Pemukiman PROSIDING HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Gambar 2. Lokasi Lereng yang Menjadi Obyek Studi PETA KEMIRINGANLERENG LOKASI PELAKSANAAN SURVEI GEOLISTRIK Legenda; Kemiringan Lereng (derajat) ; 0-5 (Datar) 5-15 (Landai) (Bergelombang) (Terjal) 2 30 S Jalan Skala 1:22500 TitikLongsor m m m m m m m m PETA KEMIRINGANLERENG LOKASI PELAKSANAAN SURVEI GEOLISTRIK m SALU ONIA PANGASAAN ADIADI m N W E S m SALU ONIA PANGASAAN ADIADI m N W E S Zaman-Kala Masa SALU ADIADI M SALU ADIADI M Miosen Legenda; Stratigrafi ; Batuan Gunungapi Adang (Tma) Tersier Akhir Kenozoikum Tengah 9690m 1 30 S 1 30 S PASADA 9690m GarisKontur, KonturIndeks m 1 30 S 1 30 S PASADA 9690m Formasi Mamuju (Tmm) GarisKontur, KonturIndeks SALU SUMUA 2 30 S m 3 30 S m 3 30 S SALU SUMUA 2 30 S 2 30 S m M m m m Sumber Peta; PetaBakosurtanal Versi Digital tahu9 Digital Elevation Model PT. YODYAKARYA m m m m (a) (b) Gambar 3. Digital Elevation Model (a) dan Peta Geologi Regional (b) m 3 30 S 3 30 S M m Sumber Peta; PetaBakosurtanal Versi Digital tahu9 Digital Elevation Model PT. YODYAKARYA Gambar 4. Situasi Lereng yang Longsor Poros Majene Mamuju Km Pelaksanaan penyelidikan geolistrik dilakukan pada lokasi longsoran Km dengan jumlah bentangan sebanyak tiga bentangan. Sebaran bentangan geolistrik ditentukan berdasarkan orientasi pola kemiringan batuan yang diasumsikan berdasarkan pengamatan kondisi permukaan dan korelasi terhadap hasil pelaksanaan pengeboran serta kondisi medan (lapangan). Hasil pengukuran topografi mendapatkan kemiringan dan tinggi lereng pada lokasi studi (Gambar 5). Volume 7 : Desember 2013 Group Teknik Sipil ISBN : TS9-3

4 Analisis Kestabilan Lereng Berdasarkan Ardy Arsyad, Tri Harianto, Lawalenna Samang, Ronald A. & Wahniar H. Lokasi bentangan 1 dilaksanakan sepanjang jalan raya pada sisi kiri jalan dengan arah bentangan relatif utara selatan, panjang bentangan 150 meter dengan hasil inversi kedalaman batuan hingga 34 m dari permukaan tanah (Gambar 6). Berdasarkan hasil akuisisi data diketahui bahwa jenis batuan pada bentangan 1 lokasi titik longsor berupa material lepas Lempung pasiran (1) dengan nilai tahanan jenis 0-50, tufa lapili (2) dengan nilai tahanan jenis dan batupasir pejal (3) dengan tahanan jenis >100, jenis batuan yang menjadi bidang gelincir berupa batupasir pejal yang memiliki tingkat porositas yang kecil dengan kedalaman bidang gelincir untuk bentangan berkisar antara 5-10 m, khusus pada lokasi detail longsoran eksisting kedalaman bidang gelincir 4 meter dari permukaan tanah (gambar 6a). Lokasi bentangan 2 dilaksanakan memotong relatif tegak lurus terhadap lokasi longsoran eksisting pada sisi kiri jalan dengan arah bentangan barat timur (Gambar 7). Panjang bentangan 150 meter dengan hasil inversi kedalaman batuan hingga 34 m dari permukaan tanah. Berdasarkan hasil akusisi data diketahui bahwa jenis batuan pada bentangan 2 lokasi Km berupa material lepas Lempung pasiran (1) dengan nilai tahanan jenis 0-50, tufa lapili (2) dengan nilai tahanan jenis dan batupasir pejal (3) dengan tahanan jenis >100, jenis batuan yang menjadi bidang gelincir berupa batupasir pejal yang memiliki tingkat porositas yang kecil dengan kedalaman bidang gelincir untuk bentangn berkisar antara 3-25 m, khusus pada lokasi detail longsoran eksisting kedalaman bidang gelincir 4 meter dari permukaan tanah (Gambar 8). Penyelidikan Geoteknik N-SPT Penyelidikan bor inti beserta Standard Penetration Test (SPT) di lokasi Km Pemboran inti (c ore drilling) dan SPT dilakukan guna mendapatkan informasi keadaan bawah permukaan tanah/batuan akan sifat keteknikannya. Interpretasi jenis lapisan tanah dan batuan dilakukan melalui visualisasi langsung di lapangan dari tanah yang dikeluarkan dari tabung sampel. Pada Gambar 9 untuk titik B1, kedalaman meter berupa lempung pasiran coklat muda hingga coklat agak tua bercampur sedikit kerikil, plastisitas sedang dengan konsistensi sangat kaku. Kedalaman meter berupa batu pasir abu-abu hingga kehitamhitaman dengan kualitas batuan sangat jelek (RQD<25%). Kedalaman 7.00 m meter berupa Tuff coklat muda kekuningan bercampur gravel coklat kehitaman dengan kerapatan relatif sangat padat. Kedalaman meter berupa batu pasir abu-abu hingga kehitam-hitaman dengan kualitas batuan sangat jelek (RQD<25%). Pada B2, kedalaman 0 5 meter berupa lempung pasiran coklat muda hingga coklat agak tua bercampur sedikit kerikil, plastisitas sedang dengan konsistensi kaku. Kedalaman m berupa tuff coklat muda kekuningan bercampur gravel coklat kehitaman dengan kerapatan relatif sangat padat. Kedalaman 7 20 m berupa batu pasir abu-abu hingga kehitam-hitaman dengan kualitas batuan sangat jelek (RQD<25%). Gambar 5. Hasil Pengukuran Topografi pada Lereng yang Paling Terjal STA ISBN : Group Teknik Sipil Volume 7 : Desember 2013 TS9-4

5 PROSIDING HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Titik Longsor Kontak Batuan (Bidang Gelincir) B Gambar 6. Hasil Pengukuran Geolistrik pada Bentang 1 A Titik Longsor Kontak Batuan (Bidang Gelincir) B Gambar 7. Hasil Pengukuran Geolistrik pada Bentang 2 A Rembesan matair Dangkal Kontak Batuan (Bidang Gelincir) B A Gambar 8. Hasil Pengukuran Geolistrik pada Bentang 3 B1 B2 Volume 7 : Desember 2013 Group Teknik Sipil ISBN : TS9-5

6 Analisis Kestabilan Lereng Berdasarkan BORING LOG AND SPT TEST RESULT Ardy Arsyad, Tri Harianto, Lawalenna Samang, Ronald A. & Wahniar H. PROJECT : PENYELIDIKAN TANAH NUM OF BORING : DH - Arsitektur Elektro Geologi Mesin LONGSORAN MAKASSAR-MAMUJU KM.426 Perkapalan 02 ( 0,0-20,0 m) CORING, SAMPLING WALL Sipil TUBE (SELBY) LOCATION : JLN. POROS BORING METOD : COORDINATE : SAMPLING METHOD : THIN DATE : NOVEMBER 15th 2012 WORKED BY : AHMAD, S.T. Elevation (m) / / / /08 > Batu pasir abu-abu hingga kehitamhitaman dengan kualitas batuan sangat jelek (RQD<25%) /08 > Ground Water Table (m) Sample Boring Log Description Lempung Pasiran coklat muda hingga coklat agak tua bercampur sedikit kerikil, plastisitas sedang dengan konsistensi sangat kaku Tuff coklat muda kekuningan bercampur gravel coklat kehitaman dengan kerapatan relatif sangat padat Batu pasir abu-abu hingga kehitamhitaman dengan kualitas batuan sangat jelek (RQD<25%) Number of Blows (blow / cm) Standard Penetration Test N - Value (N / foot) N - Value /05 > RQD RQD - Value (%) 1 GROUND LEVEL : SPT : CABLE HOISTED HAMMER GROUND WATER TABLE : DRILL MASTER : RIZAL DATE : NOVEMBER 17th 2012 WORKED BY : AHMAD, S.T. Elevation (m) Lempung Pasiran coklat muda hingga coklat agak tua bercampur sedikit kerikil, plastisitas sedang dengan konsistensi kaku Tuff coklat muda kekuningan bercampur gravel coklat kehitaman dengan kerapatan relatif sangat padat / / / / / / /08 > /05 > /05 > Batu pasir abu-abu hingga kehitamhitaman dengan kualitas batuan sangat jelek (RQD<25%) Ground Water Table (m) Sample Boring Log Description Number of Blows (blow / cm) Standard Penetration Test N - Value (N / foot) N - Value RQD RQD - Value (%) 2 END OF BORING LEGEND : END OF BORING Gambar 9. Borelog dan N-SPT pada B1 dan B2 Analisa Kelongsoran Berbasis Data Geolistrik dan Geoteknik Berdasarkan hasil penyelidikan geolistrik diindikasikan bahwa formasi lempung pasiran pada kedalaman 0 5 meter dengan nilai resistansi listrik Hasil geoteknik mengindikasikan hasil yang sama yaitu lempung pasiran dengan ketebalan hingga 5 meter dan nilai N-SPT nya rendah berkisar antara Di bawah lapisan lempung pasiran, terdapat formasi tufa pada kedalaman 5 7 meter dengan nilai resistance yang diselingi dengan batupasir. Sementara penyelidikan geoteknik menunjukkan adanya batuan tufa setebal 2 meter, namun masih diselingi oleh batupasir setebal 3,5 meter. Nilai N-SPT batuan tufa dan batu pasir ini sudah melebihi 60. Rembesan mata air ditemukan berdasarkan data geolistrik pada bidang kontak antara lempung pasiran dan tufa lapili (Gambar 8). Borelog geoteknik menunjukkan kedalaman air tanah juga sekitar 3.5 meter, pada bidang kontak antara lempung pasiran dan tufa. kelongsoran terjadi pada bidang kontak antara lempung pasiran dan tufa. Simulasi Numerik Studi ini juga melakukan analisa kestabilan lereng untuk menentukan secara probabilistik bidang gelincir pada lereng. Simulasi dilakukan dengan menggunakan commercial software Slope/w Geostudio. Adapun parameter tanah yang digunakan merupakan hasil uji Geser Langsung (Tabel 1). Pemodelan lereng menggunakan data topografi, data geoteknik dari sampel UDS (undisturbed soil) tanah lempung pasiran. Untuk itu, analisa bidang gelincir dilakukan dengan metode Ordinary, Bishop, Janbu dan Morgensten-Price (Tabel 2). Dari hasil simulasi didapatkan bidang gelincir dengan Safety Factor (SF) lebih kecil dari 1,00 dengan radius gelincir yang berkisar antara 6 8 meter. Hasil ini mengkonfirmasi hasil dari survey geolistrik bahwa bidang gelincir terjadi pada interface antara lapisan lempung pasiran dan lapisan tufa. ISBN : Group Teknik Sipil Volume 7 : Desember 2013 TS9-6

7 PROSIDING HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Tabel 1. Parameter Geomekanik Lempung pasiran pada Lereng dari Data Bor B1 dan B2 g C (kn/m3) (kpa) B1 17, B2 18, Rata-Rata 17,9 19,5 31,5 Tabel 2. Hasil Simulasi Metode SF Radius Gelincir (m) Ordinary 0,845 8,504 Janbu 0,955 6,35 Bishop 0,978 6,226 Morgensten-Price 0,934 8,503 (a) (b) (c) (d) Gambar 10. Bidang Gelincir Berdasarkan Metode Ordinary (a), Janbu (b), Bishop (c) & Morgensten-Price (d) SIMPULAN a. Integrasi interpretasi antara data geolistrik sebagai investigasi makro dan geoteknik bore-n SPT sebagai investigasi mikro dapat meningkatkan kehandalan analisa kelongsoran yang dibutuhkan untuk mendesain struktur penanganannya. b. Investigasi geolistrik mengindikasikan bahwa sliding plane terdapat pada bidang kontak antara lapisan lempung pasiran dan lapisan tufa lapili. Indikasi ini terkonfirmasi dari hasil simulasi berbasis data geoteknik borelog-n SPT dan uji lab, dimana radius bidang gelincir menyentuh bidang pertemuan antara lempung pasiran dan tufa lapili. Volume 7 : Desember 2013 Group Teknik Sipil ISBN : TS9-7

8 Analisis Kestabilan Lereng Berdasarkan Ardy Arsyad, Tri Harianto, Lawalenna Samang, Ronald A. & Wahniar H. c. Korelasi antara nilai resistifitas batuan dan nilai N-SPT secara empirik mengindikasikan bahwa resistifitas batuan rendah memiliki nilai N-SPT yang rendah pula. Hanya saja kisaran nilai resistifitas batuan yang berskala 50 masih kurang sensitive terhadap nilai N-SPT. Hal ini menjadi bahan untuk studi selanjutnya. DAFTAR PUSTAKA Hazreek, Z.A., Rosli, S., Ahmad, F., Wijayasekera, D.C., Baharuddin, M.F.T., (2012). Integral Analysis of Geoelectrical (Resistivity), and Geotechnical (SPT) Data in Slope Stability Assessment. Academic Journal of Science. Vol.2. pp Friedel, S., Thielen, A., Springman, S.M. (6). Investigation of a slope endangered by rainfall induced landslide using 3D resistivity tomografi and geotechnical testing. Journal of Applied Geophysics, 60, pp Godio, A, Bottino, G. (1). Electrical and electromagnetic investigation for landslide characterization. Physics and Chemistry of the Earth, Part. C: Solar, Terrestial and ammp: Planetary Science, 26, pp Grandjean, G., Gourry, J.C., Sanchez, O., Bitri, A., Garambois, S. (2011). Structural study of the Ballandaz landslide (French Alps) using geophysical imagery. Journal of Applied Geophysics, 75, pp Liu, C., Evett, J.B., (8). Soils and Foundations. 2 nd. New Jersey, Pearson Prentice Hall. Clayton, C.R.I., Matthews, M.C., Simons, N. E., (1995). Site Investigations, 2 nd Ed. UK, Blackwell Science Ltd. Oh, S, Sun, C.-G. (8). Combined analysis of electrical resistivity and geotechnical SPT blow counts for the safety assessment of fill dam. Environment Geology, 54, pp Sudha, K., Israil, M., Mittal, S., Rai, J. (9). Soil characterization using resistivity tomo graphy and geotechnical investigations. Journal of Applied Geophysics, 67, pp ISBN : Group Teknik Sipil Volume 7 : Desember 2013 TS9-8