36 | Jurnal Sangkareang Mataram
ISSN No. 2355-9292
EVALUASI PERGERAKAN TANGGUL LUMPUR SIDOARJO Oleh: Sukandi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Nusa Tenggara Barat Abstract The eruption of mud flow in Sidoarjo since 29t hMay 2006 still continues and has resulted in the changing of soil condition in the surrounding area. Form handlingof mud flow in this time is to build retaining embankment that surrounds the puddle area, where embankments rest on the alluvium layer. The objectives of this research are evaluate the deformation and stability analysis of embankment were caused by the mud flow. Methods in this research is having study on the secondary and primery data to get input parameter in the calculation. At this simulation used by embankment P10D/KR5 of condition exsisting. The simulation used Plaxis program on the plane strain condition with Mohr-Coulomb model for embankment and soil, while was gabion with its material approached by elastic linear model. The research results show that the embankment stability towards the collapse of bearing capacity is about SF = 2,5. After the mud eruption, there is change on the condition of soil resulting in the embankment settlement about 2,578 m based on the monitoring data real. The result of simulation was observed from the settlement and it was accurate enough according to the field measurement. If earthquake load was added to model, it resulted in the increase of vertical displacement about 8.0% on the embankment.The simulation is able to show that being deeper from the soil surface, the horizontal displacement of soil is very significant and there is movement towards the eruption. It is done by modeling of change in the soil layer condition, the closer to the source of mud, the layer condition is getting softer. At the end of filling with condition of eruption, the embankment stability declines drastically into static load of 1,103 and dynamic of 1,095. The erosion area tends to cut the embankment body until soil foundation. Keywords: Embankment fill, mud, displacement, numerical simulation, stability. PENDAHULUAN Semburan lumpur Sidoarjo yang terjadi sejak tanggal 29 Mei 2006 masih terus berlanjut. Intensitas dan debit lumpur telah merusak pemukiman penduduk, infrastruktur dan berdampak pada bidang sosial ekonomi masyarakat setempat. Berbagai upaya menghentikan semburan tersebut telah dilakukan tetapi belum berhasil. Bentuk penanganan luapan lumpur saat ini adalah membangun tanggul yang mengelilingi daerah genangan supaya tidak semakin meluas. Pada awal terjadi semburan, tanggul dibangun dengan sederhana, dengan asumsi semburan dapat dihentikan, bahkan pelaksanaan penimbunan langsung dilakukan di atas tanah lunak. Setelah usaha menghentikan semburan lumpur tidak berhasil, maka peninggian dan pembuatan tanggul baru terus dilakukan karena meningkatnya volume lumpur. Bahkan tanggul telah mengalami perubahan bentuk dari desain awal. Perubahan tersebut karena tanah mengalami gejala deformasi, baik di tanggul maupun daerah sekitarnya. Indikasi terjadinya deformasi terlihat dari rel kereta api yang Volume 1, No. 3, Desember2015
tertarik ke arah semburan dan amblesnya tanggul. Selain masalah deformasi tanah, adanya tekanan lumpur juga menjadi permasalahan pada tanggul. Penanganan sementara untuk menjaga badan tanggul dari longsor, yaitu pemasangan bronjong disebelah hilir, namun bronjong mengalami longsor. Tujuan penelitian adalah mengevaluasi pergerakan dan analisis stabilitas tanggul yang diakibatkan oleh semburan lumpur. METODE PENELITIAN Lokasi penelitian adalah tanggul lumpur Sidoarjo, yaitu tanggul P 10D/KR.5 yang merupakan bagian tanggul utama P 10D seperti pada Gambar 1. Metode yang digunakan adalah survey lapangan, melakukan kajian dan analisis data sekunder. Material timbunan dan lumpur dilakukan uji laboratorium untuk memperoleh sifat fisik dan mekanik. Data sekunder, material timbunan dan lumpur dipakai sebagai parameter input dalam http://www.untb.ac.id
ISSN No. 2355-9292 perhitungan analitis maupun simulasi dengan Plaxis. Simulasi dilakukan pada kondisi plane strain dengan model Mohr-Coulomb untuk tanggul dan tanah, sedangkan bronjong materialnya didekati model linear elastis. Model tanggul yang dipakai dalam simulasi adalah tanggul kondisi eksisting dengan simulasi akibat beban statis dan gempa. HASIL DAN PEMBAHASAN a.
Kondisi Geoteknik Tanah
Penyelidikan lapangan dilakukan oleh PT. Wiratman & assosiate meliputi pemboran dan sondir. Titik lokasi penyelidikan tanah, yaitu titik bor BH-4 dengan kedalaman 9 m. dan BH-4A kedalaman 40 m. Uji sondir dipilih titik S1, S2, S6, S7, S8, S9. Hasil korelasi data bor dan sondir diperoleh stratigrafi seperti pada Gambar 2. Lapisan stratigrafi terdiri dari perselingan tanah lanau lempungan-pasiran dan pasir lanauan yang tersebar di permukaan sampai kedalaman 9 m. Kemudian di bawah lapisan ini terdapat lapisan lempung-lanau lempungan dengan kedalaman 9,0 – 26,0 m. Selanjutnya, dialasi lempung yang telah terkonsolidasi. Terlihat pula, lapisan stratigrafi yang lunak, yaitu lapisan lempung lanauan-lanau lempungan dengan nilai N-SPT sebesar 5 dan perlawanan ujung konus (qc) sebesar 8 kg/cm dengan kedalaman antara 9,0 – 26,0 m. b.
m dari MSL serta kemiringan lereng 1:1,25 (H:V). Penimbunan tanggul dilakukan secara bertahap disesuaikan dengan kenaikan muka lumpur, dimana timbunan dibagi menjadi 9 tahapan sesuai monitoring lapangan. Tanah terdiri 6 lapisan seperti terlihat pada Gambar 3. Kemudian setiap lapisan tanah dibagi dalam 9 pias sesuai dengan tahapan penimbunan. Perubahan material tanah tiap pias hanya memperhitungkan arah horizontal tanpa memperhitungkan kondisi arah vertikal. Perlapisan tanah ke arah horizontal diasumsikan terjadi perubahan sekitar 10–15% dari perubahan sebelumnya. Semakin dekat ke arah semburan, material tanah memiliki properties seperti tanah lunak dan semakin menjauh pusat semburan, sifat tanah akan mendekati kondisi tanah hasil penyelidikan dan uji laboratorium. Parameter input tiap pias seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2, sedangkan parameter lumpur seperti pada Tabel 3. Parameter input bronjong seperti padaTabel 4.
Perhitungan Daya Dukung Tanah
Perhitungan daya dukung tanah dilakukan berdasarkan data hasil uji laboratorium dan model tanggul didasarkan pada desain rencana. Hasil hitungan kapasitas dukung tanah (qun) sebesar 438,2 kN/m2, sedangkan beban yang diterima tanah fondasi didasarkan pada tinggi timbunan adalah (qn) 175,75 kN/m2. Rasio antara daya dukung tanah dengan berattimbunan yang diterima tanah fondasi sehingga diperolehangka aman tanggul terhadap keruntuhan daya dukung SF = 2,5.Nilai faktor aman SF = 2,5 menunjukkan bahwa tanggul masih aman terhadap daya dukung tanah, dimana kondisi tanggul di lapangan sampai saat ini masih dalam kondisi stabil. c.
Jurnal Sangkareang Mataram | 37
Gambar 1. Lokasi tanggul P 10D/ KR.5
Simulasi Numeris Tanggul Kondisi Eksisting
Pada penelitian ini, dipergunakan model cross section P 10D KR5 yang disesuaikan dengan lokasi monitoring dan penyelidikan geoteknik. Tanggul di desain dengan elevasi +11,0 m dan tanah dasar +1,5 http://www.untb.ac.id
Gambar 2. Stratigrafi bawah permukaan tanggul berdasarkan data bor dan sondir
Volume 1, No. 3, Desember 2015
38 | Jurnal Sangkareang Mataram
ISSN No. 2355-9292 Tabel 3. Nilai parameter input lumpur
Tabel 4. Parameter inputmaterial bronjong Gambar 3. Model pembagian pias setiap lapisan tanah Tabel 1. Nilai parameter input lapisan tanah tiap pias d.
Validasi
Validasi dengan Plaxis dilakukan terhadap displacement vertikal tanggul, yaitu dengan melakukan trial-error parameter tanah terhadap displacement vertikal tanggul kondisi eksisting. Data monitoring lapangan berupa data penurunan tanggul pada titik tinjauan sebagai referensi validasi. Dalam proses validasi dilakukan evaluasi kesusaian pola displacement yang terjadi sebagai fungsi waktu sehingga memudahkan dalam memperoleh parameter input yang mewakili kondisi lapangan. Lintasan displacement vertikal hasil simulasi terlihat melalui rerata pola displacement hasil monitoring, sehingga hasil simulasi ini cukup valid dengan hasil pengamatan pada Gambar 4.
Tabel 2. Lanjutan nilai parameter inputlapisan tanah tiap pias
Penurunan (m)
Waktu (tahun/bulan)
Data Monitoring Simulasi Numeris
Gambar 4. Perbandingan displacement simulasi numeris dan monitoring e.
hasil
Perilaku Deformasi Tanggul dan Tanah
Untuk mempermudah dalam mengamati perilaku deformasi tanggul dan tanah, maka dibuat 4 garis potongan dan 3 titik tinjauan seperti pada Gambar 5. Gambar 6 memperlihatkan perpindahan vertikal akibat penimbunan secara bertahap yang menyebabkan total perpindahan vertikal semakin meningkat. Perpindahan vertikal terbesar terjadi Volume 1, No. 3, Desember2015
http://www.untb.ac.id
ISSN No. 2355-9292
Jurnal Sangkareang Mataram | 39 Panjang bentangan (m) Displ. vertikal (m)
pada tanah di bawah timbunan, yaitu titik tinjauan A.
Gambar 7. Penyebaran displacement vertikal tanah pada garis potongan G-G Waktu (bulan/tahun)
Titik A Titik B Titik C
Gambar 8. Displacementhorizontal tinjauan
pada
titik
Displacement horizontal (m)
Pot. D Pot. E Pot. F
Gambar 9. Pergerakan tanah berdasarkan simulasi numeris
Penurunan (m)
Waktu (bulan/tahun)
Tanggul
Displ. horizontal (m)
Perpindahan vertikal arah (–y) menggambarkan penurunanyang terjadi pada tanggul. Pada titik C, awal penimbunan terjadi penyembulan tanah karena belum dilakukan penimbunan. Selanjutnya, setelah penimbunan kembali, tanah mengalami penurunan akibat tambahan beban. Penurunan berdasarkan Gambar 6 merupakan jumlah penurunan segera dan penurunan konsolidasi.Tahap akhir penimbunan, displacement vertikal tanggul pada titik A mencapai 2,58 m. Penyebaran displacement vertikal tanah seperti pada Gambar 7. Selain mengalami displacement vertikal, tanah juga mengalami displacement horizontal (Gambar 8). Pergerakan horizontal pada titik tinjauan di bawah timbunan mengalami pergerakan kearah hilir, begitu pun juga badan tanggul terjadi pergerakan ke arah hilir akibat tekanan lumpur. Pergerakan tanah di garis potongan melintang relatif lebih besar pada kaki tanggul sebelah hilir, yaitu potongan F-F seperti pada Gambar 9. Hal ini karena semakin tinggi timbunan dan adanya kenaikan muka lumpur, maka pergerakan tanah akan semakin besar ke arah hilir. Namun, pada kaki tanggul sebelah hulu seperti potongan D-D terjadi pergeseran ke arah sumber semburan karena terjadi perubahan kondisi tanah akibat pengaruh semburan.
Tanah dasar X
Kedalaman (m)
Gambar 5. Titik tinjauan dan garis potongan melintang pada lapisan
Y
Titik A
Titik B
Gambar 6. Penurunan pada titik tinjauan berdasarkan simulasi numeris http://www.untb.ac.id
Gambar 10. Deformasi total lapisan tanah dan tanggul akibat beban statis Volume 1, No. 3, Desember 2015
40 | Jurnal Sangkareang Mataram
ISSN No. 2355-9292
f.
Pola deformasi total tanah dan tanggul akibat gempa seperti pada Gambar 13. Pola deformasi total tersebut menunjukkan arah deformasi tanah dan tanggul ke arah zona yang lemah (pusat semburan) sehingga tanggul sangat rawan longsor atau ambles jika terjadi gempa dengan PGA 0,1723g. Displacement horizontal (m) Kedalaman (m)
Pola keruntuhan tanggul dan tanah dapat diketahui dari deformasi total yang terjadi seperti pada Gambar 10. Pola deformasi total tanah menuju ke arah lapisan lunak yang mengalir naik kepermukaan. Deformasi ini dipicu oleh berkurangnya massa di bawah permukaan akibat terus mengalirnya material tersebut ke permukaan. Jadi, deformasi total terjadi karena kondisi bawah permukaan, dimana hilangnya material ke permukaan sehingga menimbulkan zona lemah yang berakibat terjadi penurunan.Zona lemah ini nampak dari hasil pendugaan geolistrik yang ditandai dengan nilai tahanan jenis kecil Pengaruh Beban Gempa terhadap Perilaku Displacement
Hasil simulasi gempa menggunakan PGA 0,1723g dengan durasi 7 detik memperlihat adanya tambahan displacement vertikal dan horizontal pada tanggul dan tanah. Besarnya displacement vertikal tanggul akibat gempa mengalami penambahan sekitar 22,60 cm terhadap displacement yang terjadi sebelumnya. Dimana displacement vertikal ini terjadi pada tanah dasar di tengah timbunan seperti pada Gambar 11. Semakin ke arah semburan, displacement vertikal mengarah ke atas. Hal ini disebabkan adanya tekanan pada daerah yang sangat lunak (zona lemah).
Pot. D (statis) Pot. F (statis)
Pot. E (statis) Pot. D (Gempa)
Gambar12. Perbandingan perpindahan horizontal akibat beban statis dan gempa
Displ. vertikal (m)
Panjang bentangan (m)
Y Tanah dasar X
Statis
Gempa
g.
Tanggul
Gambar11.Perbandingan perpindahan akibat beban statis dan gempa
vertikal
Adanya tambahan beban gempa menyebabkan peningkatan deformasi horizontal yang sangat signifikan pada tanah seperti pada Gambar 12. Peningkatan ini karena adanya beban gempa bekerja pada arah horizontal. Perilaku tanah di masingmasing potongan mengalami pergerakan ke arah lapisan tanah yang didominasi oleh tanah lunak, semakin dalam dari muka tanah, deformasi ke arah zona lemah semakin besar. Peningkatan deformasi horizontal tanah dan tanggul akibat adanya percepatan gempa yang dialami secara tiba-tiba. Deformasi horizontal yang meningkat pada saat gempa hanya dalam waktu yang singkat dan tidak berpengaruh jangka panjang. Volume 1, No. 3, Desember2015
Gambar 13. Deformasi total tanah tanggulakibat beban gempa
dan
Analisis Stabilitas Tanggul Secara Numeris
Hasil analisis numeris diperoleh angka aman tanggul sekitar 1,103 akibat beban statis sedangkan beban gempa 1,095. Bidang longsor masing-masing kondisi cenderung memotong badan tanggul dan tanah fondasi dibagian hilir seperti pada Gambar 14.
Gambar 14. Evaluasi bidang longsor akibat beban statis dan gempa
http://www.untb.ac.id
ISSN No. 2355-9292 PENUTUP a.
Simpulan
Simpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Stabilitas tanggul terhadap keruntuhan daya dukung tanah masih aman karena diperoleh SF = 2,5. 2. Dari hasil simulasi numeris, deformasi yang besar pada tanggul dan tanah dipicu oleh pengurangan massa di bawah permukaan akibat terus mengalirnya massa tersebut ke permukaan melalui pusat semburan. 3. Simulasi numeris mampu menunjukkan pergerakan lapisan tanah ke arah semburan dengan pemodelan perubahan perlapisan tanah yang semakin melunak menuju semburan. 4. Penambahan beban gempa menyebabkan peningkatan displacement vertikal tanggul sebesar 8,0 %, sedangkan displacement horizontal sangat signifikan semakin dalam dari muka tanah dan terjadi pergeseran ke arah semburan. 5. Penambahan beban percepatan gempa memperbesar deformasi yang terjadi sehingga tanggul sangat rawan longsor jika terjadi gempa dengan PGA 0,1723. 6. Dari analisis stabilitas secara numeris diperoleh angka aman akibat beban statis 1,103 dan gempa 1,095 sehingga tanggul kurang stabil. Bidang longsor yang terbentuk memotong badan tanggul sampai tanah fondasi.
Jurnal Sangkareang Mataram | 41 DAFTARPUSTAKA Anonim, 2009, Laporan Draft Dua Tahun 20072009 Lumpur Sidoarjo, BPLS., Surabaya. Anonim, 2010, Laporan Pemantauan Bawah Permukaan Tanah, BPLS., Surabaya. Anonim, 2010, Laporan Monitoring TTG-BM GPS Geodetik, BPLS., Surabaya. Brinkgreve, R.B. Jand Vermeer, P.A., 2007, Plaxis Version, A.A. Balkema, Rotterdam, Netherland. Chang, Y.L. and Huang, T.K., 2005, Slope Stability Analysis using Strength Reduction Technique, Chinese Institute Of Engineering 28, No.2, 231-240. Craig, R.F., 1987, Mekanika Tanah, Erlangga, Jakarta. Das, B.M., 1993, Mekanika Tanah 2, Jilid2, Erlangga, Jakarta. Griffieths, D.V. and Lane, P.A., 1999, Slopestability analysis by Finite elements, Geotechnique 49,No.3,387±403. Liu, C., and EvettB. J, 1981, Soil and Foundations, Printice Hall, New Jersey.
b.
Saran Saran yang diberikan terkait dengan penelitian ini adalah: 1. Untuk mendapatkan hasil simulasi numeris yang akurat diperlukan data tambahan baik uji laboratorium, penyelidikan lapangan maupun data monitoring tanggul dengan GPS untuk validasi hasil. 2. Supaya kestabilan tanggul tetap terjaga perlu dilakukan pengendalian elevasi tinggi lumpur dari pada meninggikan tanggul sehingga kejadian jebolnya tanggul dapat dikurangi, namun ini bersifat jangka pendek, sedangkan untuk jangka panjang perlu dilakukan monitoring deformasi baik di tanggul maupun diluar peta terdampak sehingga bila terjadi sesuatu cepat dilakukan evakuasi.
http://www.untb.ac.id
Volume 1, No. 3, Desember 2015
