Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 19 November 2016 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
KAJIAN GERAKAN TANAH DENGAN METODE ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY DI JALAN KERETA API KM 12 TUNTANG-KEDUNGJATI JAWA TENGAH BUDY SANTOSO* Departemen Geofisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjadjaran Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363 Abstrak. Jalur kereta api Tuntang-Kedungjati km 12 merupakan salah satu jalur kereta api yang akan diaktifkan kembali untuk menghubungkan jalur Semarang-Ambarawa, Jawa Tengah. Jalur kereta api ini dikelilingi oleh tebing sehingga rawan terjadinya gerakan tanah. Gerakan tanah ini mulai aktif bergerak di picu oleh air hujan yang mengakibatkan tanah menjadi jenuh air. Faktor lainnya adanya Batulempung yang berfungsi sebagai bidang gelincir. Salah satu metode geofisika yang dapat mengidentifikasi gerakan tanah yaitu Metode Electrical Resistivity Tomography (ERT). Metode ERT dapat mendeteksi bidang gelincir dan bidang longsor berdasarkan citra resistivitas batuan. Berdasarkan geologi setempat dan hasil pengukuran ERT, maka diperoleh jenis batuan beserta nilai resistivitasnya sebagai berikut : nilai resistivitas batulempung : < 4 Ohm.m, nilai resistivitas lempung pasiran: (4 – 8) Ohm.m, nilai resistivitas tufa-pasirlempungan: (8 – 11) Ohm.m, nilai resistivitas tufa-batupasir : (12 – 20) Ohm.m dan nilai resistivitas breksi : > 20 Ohm.m. Kata kunci : bidang gelincir, bidang longsor, ERT, resistivitas
Abstract. The railway line Tuntang-Kedungjati km 12 is one of the railway line will be reactivated for connecting Semarang-Ambarawa, Central Java. The railway line is surrounded by cliffs so prone to ground movement. The ground movement began to actively move trigger by rainwater resulting soil becomes saturated water. Another factor is claystone that serves as sliding plane. One method of geophysics to identify the movement of the land, namely Electrical Resistivity Tomography (ERT) Methods. ERT method can detect the sliding plane and landslides plane based on the image of the resistivity of rock. Based on local geology and ERT measurement results, obtained of lithology and its resistivity value as follows: resistivity value of claystone: < 4 Ohm.m, resistivity value of sandy clay: (4 - 8) Ohm.m, resistivity value of tuff clayey sand : (8 - 11) Ohm.m, resistivity value of tuff-sandstone (12 - 20) Ohm.m and resistivity value of breccia : > 20 Ohm.m. Keywords : sliding plane, landslides plane, ERT, resistivity
1. Pendahuluan Jalur kereta api Tuntang-Kedungjati merupakan salah satu jalur kereta api yang akan direaktivasi oleh PT KAI Daops IV Semarang, untuk menghubungkan jalur Semarang-Ambarawa, Jawa Tengah. Jalur ini berpotensi untuk meningkatkan *
email :
[email protected]
Kode Artikel: FB-03 ISSN : 2477-0477
Kajian Gerakan Tanah Dengan Metode Electrical Resistivity Tomography ......
perekonomian masyarakat Jawa Tengah serta perkembangan sektor parawisata karena terdapat Stasiun Ambarawa yang memiliki nilai sejarah tinggi. Penelitian gerakan tanah ini dilakukan di jalan kereta api Tuntang-Kedungjati km 12.
Gerakan tanah adalah gerakan material pembentuk lereng berupa tanah, batuan atau kombinasi jenis material tersebut ke tempat yang lebih rendah karena pengaruh gaya gravitasi [1]. Gerakan tanah secara geologi terjadi karena beberapa faktor, yaitu : • faktor morfologi, diantaranya : punggung bukit yang curam dan retakanretakan terbuka dalam tanah, • faktor struktur geologi, diantaranya : kekar dan sesar • faktor stratigrafi, diantaranya : adanya lapisan lunak di bawah lapisan keras dan adanya lensa-lensa pasir, • faktor jenis batuan, batuan sedimen lebih mudah lapuk dibandingkan dengan batuan beku, • faktor air, air hujan yang meresap ke dalam pori-pori / retakan batuan akan menambah massa batuan. Stratigrafi daerah penelitian dari satuan batuan tua ke muda [3], sebagai berikut : • Formasi Kerek (Tmk) berumur miosen, terdiri dari : perselingan batulanau, batulempung, batupasir gampingan, dan batugamping pasiran, mengandung bahan gunungapi, bagian atas napal bersisipan batupasir tufa-gampingan, batulanau tufan dan batupasir kerikilan, • Batuan gunungapi tak terpisahkan Qvu berumur holosen, terdiri dari : Breksi gunungapi, lava, tufa dan breksi lahar G.Ungaran. Gerakan tanah [2] diklasifikasikan sebagai berikut : jatuhan (falls), robohan (topples), rayapan tanah (soil creep), longsoran (slides), aliran (flows), dan gabungan (complex). Pada jenis jatuhan (falls), mekanisme gerakan massa tidak mengalami pergeseran dan umumnya bergerak melalui udara mencakup gerak jatuh bebas, loncatan atau menggelinding. Dari beberapa tipe pergerakan seperti tercantum di atas, jatuhan dan robohan umumnya terjadi pada lereng batuan dan lereng yang material pembentuknya tanah. Rayapan tanah (soil creep) adalah gerakan tanah yang sangat lambat dan sulit diamati secara langsung dan biasanya terjadi pada lereng landai. Longsoran (slides) adalah gerakan massa yang mengalami pergeseran sepanjang satu atau beberapa bidang permukaan. Tipe ini pergeserannya melalui bidang gelincir berupa kurva lengkung atau bentuk planar. Aliran (flow), pada jenis ini umumnya material longsoran berupa campuran tanah dan batu berupa lumpur dan bergerak sangat cepat. Faktor pemicu utama terjadinya gerakan tanah / longsor di jalan kereta api Tuntang-Kedungjati km 12, Jawa Tengah, yaitu adanya air hujan dan satuan batulempung dari Formasi Kerek. Batulempung merupakan batuan yang kedap air 20
Budy Santoso
sehingga berfungsi sebagai bidang gelincir, sedangkan batuan yang berfungsi sebagai bidang geser / longsor, yaitu : breksi, batupasir dan pasirlempungan. Salah satu metode geolistrik yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi gerakan tanah (bidang longsor dan bidang gelincir) yaitu metode Electrical Resistivity Tomography (ERT). Hasil pengukuran ERT dapat mencitrakan pergeseran lapisan batuan serta posisi bidang gelincir berdasarkan resistivitas secara lateral dan vertikal. Setelah data ERT dikorelasikan dengan data geologi setempat dan data test pit, maka citra resistivitas bawah permukaan dapat diketahui. 2. Metode Penelitian Metode Geofisika yang digunakan dalam penelitian ini adalah Metode Geolistrik Electrical Resistivity Tomography (ERT). Metode ERT adalah Metode pengukuran resistivitas dipermukaan tanah / batuan dengan menggunakan banyak elektroda, agar diperoleh variasi distribusi resistivitas bawah permukaan secara lateral dan vertikal, sehingga didapatkan citra bawah permukaan [4]. Metode ERT banyak digunakan untuk eksplorasi mineral logam [5]. Pemilihan metode ERT dalam penelitian ini didasarkan atas hipotesis bahwa bidang gelincir dan bidang geser / longsor memiliki kontras resistivitas batuan. Adanya kontras resistivitas pada batuan memungkinkan pendugaan bidang gelincir dan bidang geser / longsor dapat diketahui. Dalam metode ERT, sifat aliran listrik yang dipelajari adalah resistivitas batuan. Resistivitas batuan merupakan besaran fisika yang berhubungan dengan kemampuan suatu batuan dalam menghantarkan arus listrik. Lapisan batuan yang mempunyai nilai resistivitas rendah berarti mudah menghantarkan arus listrik, sebaliknya jika lapisan batuan mempunyai nilai resistivitas tinggi berarti sulit menghantarkan arus listrik. Pada Gambar 1 ditunjukkan skema pengukuran resistivitas, arus listrik di injeksikan ke dalam tanah melalui dua elektroda arus (C1 dan C2), kemudian respon beda potensial antara dua titik dipermukaan yang diakibatkan oleh aliran arus tersebut, diukur melalui dua elektroda potensial (P1 dan P2). C
C
I
1
P1
D V
P2
Medium Bumi (Lapisan Tanah) Gambar 1. Skema susunan elektroda arus dan
Berdasarkan nilai arus listrik (I) yang diinjeksikan dan beda potensial (ΔV) yang ditimbulkan, besarnya resistivitas (r) dapat dihitung dengan persamaan rumus dibawah ini : 21
Kajian Gerakan Tanah Dengan Metode Electrical Resistivity Tomography ......
V (1) I Parameter K disebut faktor geometri. Faktor geometri merupakan besaran koreksi terhadap perbedaan letak susunan elektroda arus dan potensial. Nilai faktor geometri ini ditentukan oleh jenis konfigurasi elektroda yang digunakan. =K
Alat yang digunanakan dalam akuisisi data ERT yaitu Resistivity Meter Naniura NRD 300 HF Plus dengan switch box 41 elektroda. Konfigurasi elektroda yang digunakan dalam akuisisi data ERT, yaitu konfigurasi Wenner. Sistematika pengukuran ERT dengan konfigurasi Wenner ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema pengukuran ERT dengan konfigurasi Wenner [6]
Pada Gambar 3, C1 dan C2 adalah pasangan elektroda arus, P1 dan P2 adalah pasangan elektroda potensial dan a adalah spasi antar elektroda dengan jarak yang sama. Faktor geometri (K) konfigurasi Wenner dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini : (2) K =2 a Nilai resistivitasnya dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :
V (3) I dengan rs : resistivitas semu (Ohm.m), DV : beda potensial (V), I : arus yang diinjeksikan (A), dan a : jarak antara elektroda (m). s=2 a
Data mentah yang diperoleh dari hasil pengukuran ERT masih merupakan nilai resistivitas semu. Untuk memperoleh nilai resistivitas sebenarnya, maka dilakukan pengolahan data menggunakan perangkat lunak inversi Res2Dinv. Resistivitas batuan / mineral di daerah penelitian ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 4.1 Nilai Resistivitas Batuan [7] No.
Jenis batuan
Resistivitas (Ohm.m)
22
Budy Santoso 1
Batulempung
<4
2
Lempung pasiran
4–8
3
Tufa - Pasirlempungan
8 – 11
4
Tufa - Batupasir
12 – 20
5
Breksi
> 20
3. Hasil dan Pembahasan Penampang ERT hasil pemodelan dengan perangkat lunak Res2DInv diperoleh sebanyak 2 penampang dengan panjang 300 m. Posisi penampang ERT lintasan 1 Km 12 (7+18) dan lintasan 2 Km 12 (6+72) melintang / memotong jalan kereta api. Pada Gambar 3 menampilkan penampang ERT lintasan 1 pada Km 12 (7+18). Gerakan tanah terdapat pada batuan yang mempunyai nilai resistivitas > 8 Ohm.m, yaitu : breksi dengan nilai resistivitas (20 – 60) Ohm.m, tufa-batupasir (12 – 20) Ohm.m dan Tufa- pasirlempungan (8 – 11) Ohm.m. Gerakan tanah pada lintasan ini di picu oleh air hujan. Air hujan meresap ke batuan porus (breksi, tufabatupasir dan tufa-pasirlempungan), sehingga menambah massa batuan / tanah. Air hujan tersebut kemudian meresap sampai ke lapisan batuan yang kedap air (impermeable) yang diduga lempungpasiran dengan nilai resistivitas (4 – 8) Ohm.m. Adanya air diatas lempungpasiran menyebabkan batuan tersebut menjadi licin, sehingga akan menggelincirkan semua batuan yang berada diatasnya. Oleh karena itu lempungpasiran berfungsi sebagai bidang gelincir. Bidang gelincir pada penampang ERT lintasan 1 memiliki bentuk lengkungan, sehingga diklasifikasikan sebagai longsoran (slides). Pada lapisan paling bawah terdapat resistivitas sangat rendah dengan nilai < 4 Ohm.m diduga merupakan batulempung terdapat pada jarak : (0 – 250) m. Bidang Geser / Longsor Jalan Kereta Api Km 12 (7+18)
Bidang Gelincir I
II
III
IV
V
Gambar 3. Penampang ERT Lintasan 1. I. Batulempung < 4 Ohm.m, II. Lempung pasiran (4 – 8) Ohm.m, III. Tufa-Pasirlempungan (8 – 11) Ohm.m, IV. Tufa – Batupasir (12 – 20) Ohm.m, V. Breksi > 20 Ohm.m
23
Kajian Gerakan Tanah Dengan Metode Electrical Resistivity Tomography ......
Pada Gambar 4 menampilkan penampang ERT lintasan 2 yang memotong rel kereta api 12 (6+72). Resistivitas sangat rendah dengan nilai < 8 Ohm.m diduga sebagai bidang gelincir, terdapat pada batulempung dengan nilai resistvitas < 4 Ohm.m dan lempungpasiran dengan nilai resistivitas (4 – 8) Ohm.m. Batuan bidang gelincir bersifat impermeabel, sehingga air tidak dapat meresap ke batuan tersebut, dan akan mengalir serta menggelincirkan batuan yang ada diatasnya searah dengan kemiringan lereng. Bidang gelincir pada penampang ERT lintasan 2 memiliki bentuk lengkungan, sehingga diklasifikasikan sebagai longsoran (slides). Batuan diatas bidang gelincir yang mengalami pergeseran / pergerakan
yaitu breksi dengan nilai resistivitas (20 – 60) Ohm.m, tufa-batupasir (12 – 20) Ohm.m dan tufa-pasirlempungan (8 – 11) Ohm.m.
Bidang Geser / Longsor Jalan Kereta Api Km 12 (6+72)
Bidang Gelincir I
II
I
III
I
IV
I
V
Gambar 4. Penampang ERT Lintasan 2. Batulempung < 4 Ohm.m, II. Lempung pasiran (4 – 8) Ohm.m, III. Tufa-Pasirlempungan (8 – 11) Ohm.m, IV. Tufa – Batupasir (12 – 20) Ohm.m, V. Breksi > 20 Ohm.m
4. Kesimpulan Gerakan tanah yang terjadi di jalan kereta api Tuntang-Kedungjati km 12 (7+18) dan Km 12 (6+72) karena adanya kelebihan massa batuan yang jenuh air diatas bidang gelincir. Massa batuan yang jenuh air terdiri dari : Breksi dengan nilai resistivitas (20 – 60) Ohm.m, Tufa interkalasi dengan Batupasir (12 – 20) Ohm.m dan Tufa interkalasi dengan pasirlempungan (8 – 11) Ohm.m. Batuan bidang gelincir terdiri dari : batulempung dengan nilai resistvitas < 4 Ohm.m dan lempungpasiran dengan nilai resistivitas (4 – 8) Ohm.m. Gerakan tanah di daerah penelitian diklasifikasikan sebagai longsoran (slides) karena bidang gelincirnya memiliki bentuk lengkungan. Ucapan Terima Kasih 24
Budy Santoso
Penulis mengucapkan terima kasih kepada staf dan pimpinan PT. Tiknos Consultan, PT KAI Daops IV Semarang dan Direktorat Perkeretaapian Kementerian Perhubungan yang telah mendanai dan membantu kami dalam melakukan penelitian ini. Daftar Pustaka 1. Chowdhury,R.N.,1978, Slope Analysis, Elsevier Amsterdam. 2. Varnes, D.J., 1978, Slope Movement Types and Processes, Landslide analysis and Control, 3. Sukardi dan T.Budhitrisna, 1992, Peta Geologi Lembar Salatiga, Jawa, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, Bandung. 4. Santoso,B., Wijatmoko,B., Supriyana,E., dan Harja,A., 2016, Penentuan Resistivitas Batubara Menggunakan Metode Electrical Resistivity Tomography dan Vertical Electrical Sounding, Jurnal Material dan Energi Indonesia., v. 6., no. 1, : 8 – 14. 5. Reynolds, J.M., 1998, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, New York, John Willey and Sons. 6. Loke,M.H., 2004. Res2Dinv ver. 3.54, Rapid 2D Resistivity and IP Inversion Using the Least-Squares method, Geotomo Software, Malaysia : 11-36. 7. Sutikno dan Santoso,B., 2008, Pendugaan Potensi Longsor Dengan Metode GPR dan Geolistrik di daerah Kedungjati, Jawa Tengah, Bandung.
25
