1. PENDAHULUAN
Ende merupakan sebuah kabupaten yang berada di pulau Flores yang dibatasi oleh Kabupaten Ngada sebelah Barat, Kabupaten Sikka sebelah Timur, Laut Sawu di bagian Selatan dan Laut Flores di bagian Utara. Sebagian besar daerahnya mempunyai morfologi perbukitan-pegunungan dengan kelandaian dan elevasi yang bervariasi. Jika dilihat secara keseluruhan maka akan terlihat bahwa materialnya menyatu seperti suatu masa batuan. Oleh karena perputaran waktu maka terjadi pelapukan batuan dasar tersebut yang berukuran dari bongkah-brangkalkerikil-pasir-lanau-lempung, dimana butiran tersebut tidak tersementasi termasuk juga bahan-bahan organik yang tercampur diantara butiran tersebut (Terzaghi, ). .Saat musim hujan dengan curah hujan yang tinggi, selalu terjadi longsor di sepanjang kaki perbukitan. Kelongsoran pada umumnya antara lain disebabkan karena rendahnya kuat geser tanah pembentuk lereng, peningkatan beban luar atau kondisi hidrolis dan tingginya kadar air (Turnbull dan Hvorslev, 1967). Air memberikan kontribusi terhadap ketiga hal tersebut di atas. Air masuk ke dalam tanah tak jenuh melalui infiltrasi air permukaan, rembesan air dalam tanah dan naiknya muka air tanah. Penelitian ini adalah antara lain untuk mengetahui perubahan sifat fisik dan mekanik tanah akibat pembasahan antara lain perubahan nilai kadar air (w), derajat kejenuhan (Sr), cohesi (c), sudut geser dalam (φ) pada tanah berlanau dengan kondisi kadar air awal tertentu dan bagaimana pengaruhnya terhadap potensi kelongsoran, melihat pengaruh variasi geometri lereng baik variasi kemiringan maupun variasi tinggi lereng terhadap perubahan nilai faktor keamanan (SF) akibat perubahan parameter-parameter tanah tersebut, dan
menemukan kondisi geometri lereng yang paling kritis saat mengalami pembasahan dengan analisa kestabilan lereng yang dihitung dengan membuat simulasi variasi geometri lereng dan besarnya kekuatan geser tanah saat mengalami pembasahan 2.
KONDISI TANAH DAN INFORMASI BENCANA GEOLOGI DI KABUPATEN ENDE Berdasarkan tinggi tempat dari permukaan laut, letak wilayah kabupaten Ende dapat dilihat pada tabel 2.1 Tabel 2.1. Tinggi tempat dari muka laut Tinggi Luas Keterangan tempat Ha % < 500 m 42.160 20.6 ≥ 500 m 162.500 79.4 Sumber: Potensi GEOHAZARD Kab. Ende
Sumber: PT Tunas Intercomindo Sejati Gambar 2.1. Peta model medan berdasarkan kemiringan dan elevasi
Geometri lereng juga merupakan suatu hal yang perlu diperhatikan dalam meninjau kestabilan suatu lereng. Geometri lereng didefinisikan sebagai hubungan antara sudut lereng dan tinggi lereng. Tingkat kemiringan tanah di Kabupaten Ende dapat dilihat pada tabel 2.2 Tabel 2.2 Kemiringan tanah di Kabupaten Ende Kemiringan Luas (o) Ha % 0-3 6180,3 3,02 >3-12 11972,61 5,85 >12-40 40092,89 19,59 >40 146413,00 71,54 Sumber : Potensi GEOHAZARD di Kab. Ende
Keaktifan lereng adalah proses perpindahan masa tanah atau batuan 1
pada arah tegak, datar atau miring dari kedudukan semula yang terjadi bila ada gangguan kesetimbangan pada saat itu. Tingkat keaktifan lereng tergantung pada geometri lereng, jenis materialnya, dan curah hujan. Daerah potensi longsor di Kabupaten Ende seperti terlihat pada gambar 2.2. KAW B Simbo l Jenis Benca na
G
Gunun
Pe mu ki ma n
Benca na yan g dia kib atk an
Gambar 2.2. Daerah potensi longsor (warna biru)
Kabupaten Ende tergolong daerah semi arid dimana musim kering lebih panjang (8-9 bulan) dan musim hujan yang relatif pendek (3-4 bulan). Rata-rata curah hujan terbanyak >1000 mm/thn dan rata-rata hari hujan terbanyak >100 hari/thn. Material yang ada pada daerah lereng perbukitan merupakan hasil pelapukan secara fisis dan kimia dan yang berasal dari bahan organik. Batuan lapuk tersusun dari mineral bahan pembentuk batuan induk yang tak dapat larut dan biasanya berupa butiran yang sangat halus (geohazard, 2007). Untuk lebih rinci dapat dilihat pada tabel 2.3. Tabel 2.3 Tekstur tanah di Kabupaten Ende Luas Tekstur Tanah Ha % Halus (refined) 7572,42 3,7 Sedang (medium) 45618,71 22,29 Kasar (rough) 116881,32 57,11 Campuran 34587,54 16,9 Sumber : Potensi Geohazard (2007)
3. DASAR TEORITIS Teori yang digunakan untuk menjelaskan perlawanan geser tanah akibat adanya infiltrasi air hujan di dalam tanah adalah teori Mohr Coulomb τf = c + σ tanØ
dimana ; c = kohesi tanah yang sebenarnya Ø = sudut geser tanah σ = tegangan normal yang bekerja Seringkali tanah dibagi dalam tanah yang kohesif dan tanah yang tidak kohesif. Kekuatan geser tanah yang berada dalam kondisi jenuh dperlukan suatu pengertian mengenai peranan dari tekanan air pori. Jika gaya luar bekerja pada tanah jenuh, maka pada permukaan air yang terdapat antara pori-pori memikul tekanan normal yang bekerja Δσ. Setelah air pori mengalir keluar, tekanan itu berangsur-angsur akan dipikul oleh butir-butir tanah. Maka tekanan yang dipikul oleh air pori disebut tekanan air pori (u), dan tekanan yang dipikul oleh butiran tanah disebut tekanan efektif (σ’). Tekanan air pori ditambah tekanan efektif disebut tekanan total. σ’ = σ – u Maka kekuatan geser efektif ; τf = c’ + σ’ tan Dimana ; τf = Kuat geser c = Kohesi (pengaruh tarikan antar aprtikel) σ = Tegangan normal pada bidang yang ditinjau = Sudut geser dalam 3.
METODE PENELITIAN Penelitian ini adalah bersifat eksperimen yang dilakukan di Laboratorium.. benda uji berupa tanah berlanau daerah perbukitan Detusoko Ende Flores yang sering mengalami kelongsoran dalam kondisi tidak terganggu (undisturbed) dan terganggu (disturbed). Sesuai dengan kondisi inisial tanah tersebut memiliki karakteristik seperti yang terlihat pada tabel 1. Tabel 1. Karakteristik tanah kondisi inisial Jenis pengujian Hasil Satuan pengujian LL (Batas cair) 43 % PL (Batas plastis) 24.5 %
2
PI (Indeks plastisitas) SL (Batas susut) Gs (Berat spesifik) w (kadar air) γt (Berat volume tanah total) γd (Berat volume tanah kering) e (angka pori) Sr (derajat kejenuhan) Kerikil Pasir Lanau Lempung
18.9 23.2 2.765 35.173 1.524
% % % Kg/cm3
1.127
Kg/cm3
1.453 66.936
%
10.198 46.137 21.362 0.128
% % % %
Kemudian dilakukan analisa simulasi kestabilan lereng dengan program bantu Geo-Slope. Penelitian yang dilakukan di laboratorium antara lain; uji sifat fisik dan mekanik dari tanah dan uji permeabilitas tanah. Benda uji berupa tanah berlanau yang tak terganggu dan yang terganggu. Pelaksanaan penggkondisian kadar air berupa pembasahan adalah dengan menambahkan air ke benda uji sehingga kadar air benda uji menjadi wi+25%(wsatwi), wi+50%(wsat-wi), wi+75%(wsat-wi), dan wi+100%(wsat-wi) dimana wi adalah kadar air inisial lapangan dan wsat adalah kadar air kondisi jenuh. Pengukuran uji geser langsung dengan alat direct shear test. Simulasi lereng dihitung dengan program bantu Geo-Slope, dengan membuat lereng dengan kemiringan 40o, 50o 60o 70o 80o 90o dan ketebalan lapisan lanau yang bervariasi. Lapisan lanau terdiri dari dua lapisan, dimana lapisan permukaan merupakan lanau dalam kondisi kepadatan sedang dengan ketebalan (h1 = 3 m, 5 m, 7 m dan 9 m) dan lapisan berikutnya lanau dalam kondisi padat dengan ketebalan (h2 = 2 m, 3 m,dan 5 m). Disamping itu juga dibuat variasi sudut residual (θ = 0o, 5o dan 10o)
jenuh menunjukan perlakuan yang umum yakni saat pembasahan (penambahan kadar air) nilai derajat kejenuhannya akan meningkat dari Sr=65.699% (pada w=35.173%) sampai Sr=99,488% (pada w=52.530%). Demikian juga nilai tegangan air pori negatifnya akan menurun dan angka porinya tidak mengalami perubahan sehingga kondisi tanahnya menjadi tidak padat, seperti pada gambar 2a dan 2b.. Selain hal di atas terlihat akibat pembasahan juga terjadi penurunan parameter kuat geser tanah, baik nilai kohesi maupun sudut geser dalam tanah. Hal tersebut dapat dilihat pada grafik gambar 3a dan 3b. Hubungan antar a Kadar Air dan De r ajat Ke je nuhan 100.00 95.00 90.00 85.00 80.00 75.00 70.00 65.00 60.00 35.173
39.512
43.851 Kadar Air (w,%)
48.191
52.530
Gambar 1. Grafik hubungan antara kadar air (w) dengan derajat kejenuhan (Sr) setelah mengalami pembasahan Hubungan antar a Kadar Air dan Te gangan Air Por i 40.00
30.00
20.00
10.00
0.00 35.173
39.512
43.851 Kadar Air (w,%)
48.191
52.530
Gambar 2a. Grafik hubungan antara kadar air dengan tegangan air pori negatif
4. HASIL DAN ANALISA Pada gambar 1 terlihat bahwa proses pembasahan tanah lanau dari kondisi inisial sampai dengan mendekati 3
Hubungan antar a Te gangan Air Pori Ne gatif dan Angk a Por i 1.460
1.450
1.440 32
15
5
3
2
Tegangan Air Pori (uw)
Gambar 2b. Grafik hubungan tegangan air pori (uw) dengan angka pori (e)
dengan input data parameter tanah hasil uji geser langsung, baik pada tanah kondisi inisial maupun tanah yang mengalami proses pembasahan. Adapun input data parameter tanah yang diperlukan untuk menghitung kestabilan lereng pada program geo-slope antara lain tingkat kepadatan tanah (γt), kohesi (c), dan sudut geser dalam (). Input data program geo-slope tersebut dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Input data program SLOPE/W Kadar air (w)
Kondisi
Hubungan antara Kadar air dan Sudut ge s e r dalam
55
50
Inisial Pembshn 25 % Pembshn 50 % Pembshn 75 % Pembshn 100 %
45
40
35
30
25
20
15 35.173
39.512
43.851
48.191
52.530
Kadar Air (w, %)
Gambar 3a. Grafik hubungan antara sudut geser dalam dengan kadar air
Berat volume tanah krng (γd)
bsh (γt)
Angka pori (e)
Cohesi ©
Derajad jenuh (Sr)
()
%
gr/cm3
gr/cm3
35.173
1.524
1.127
1.452
65.699
9.900
53.737
39.512
1.573
1.127
1.452
74.817
15.900
43.068
43.851
1.622
1.128
1.452
83.040
12.100
34.790
48.191
1.671
1.128
1.452
91.263
11.500
26.754
52.530
1.720
1.128
1.452
99.488
8.600
19.886
%
Berdasarkan data tanah dari hasil percobaan, kemudian dihitung kestabilan lereng dengan membuat simulasi lereng dengan bentuk geometri seperti pada Gambar 4a dan 4b
Hubungan antar a Kadar Air dan Cohe s i 17
h1
16 15 14 13
h2
12 11
α
4a. Simulasi lereng dengan variasi ketebalan lapisan lanau (h1 dan h2)
10 9 8 35.173
39.512
43.851
48.191
52.530
Kadar Air (w)
Gambar 3b. Grafik hubungan antara kohesi dengan kadar air
Cara yang dipakai untuk menghitung kestabilan lereng adalah dengan metode keseimbangan batas yaitu dengan menghitung besarnya kekuatan geser yang diperlukan untuk mempertahankan kestabilan dan dibandingkan dengan kekuatan geser yang ada. Input data yang diperlukan pada program geo-slope merupakan informasi awal mengenai kondsi geometri lereng. Model material yang digunakan adalah model Mohr-Coulomb
5m θ 2m
Sudut Geser
α
4b. Simulasi lereng dengan variasi kemiringan residual (θ) antara lapisan tanah lanau
Dari hasil simulasi lereng menunjukan bahwa angka keamanannya mulai lebih kecil dari 1 yakni masuk pada kondisi kritis saat setelah pembasahan sampai dengan wi+50%(wsat-wi) untuk kondisi lereng dengan sudut residual sebesar 0o dan sudut kemiringan ≥80o (simulasi A, 4
B, C, D, E), dan pada (simulasi B1) sudut residual 5o dan sudut kemiringan ≥80o, (simulasi (B2) sudut residual 10o dan sudut kemiringan ≥70o, seperti terlihat pada tabel pada tabel 3 berikut :
-
Tabel 3. Faktor keamanan dari hasil simulasi lereng
A B C D E B1 B2
Tebal lapisan lanau
h1 3 5 7 9 9 5 5
h2 2 2 2 2 3 2 2
Sudut residua l
Sudut Lereng
Angka Keama nan
θ 0 0 0 0 0 5 10
α 80 80 80 80 80 80 70
SF 0.973 0.980 0.982 0.956 0.975 0.986 0.963
-
1.600 1.400 1.200
Sedangkan untuk parameter tanah yang disesuaikan dengan kondisi eksisting di lapangan angka keamanannya sudah menunjukan kondisi kritis dimana untuk ketebalan lapisan lanau yang sama besar, seperti pada simulasi F dan G dengan sudut residual sebesar 0o. Terlihat bahwa semakin tebal lapisan lanau maka makin mendekati kondisi kritis, seperti pada simulasi F baru mencapai kritis saat kemiringan lereng 60o sedangkan simulasi G mencapai kritis saat kemiringan lereng 50o. Lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 4 berikut : Kode simulasi F G
Tebal lapisan lanau h1
h2
Sudut residua l θ
3 5
3 5
0 0
Sudut Lereng α
Angka Keama nan SF
60 50
0.884 0.965
5. KESIMPULAN - Akibat pembasahan tanah berlanau di daerah perbukitan Kabupaten Ende yang sering mengalami longsor, terjadi perubahan parameter sifat fisik dan mekanik tanah, antara lain peningkatan derajat kejenuhan, nilai kohesi dan sudut geser dalamnya menurun dan nilai tegangan air pori negatifnya makin kecil . sehingga kekuatan gesernya makin kecil.
Grafik hubungan antara Angka keam anan dan kem iringan lereng
1.800
Angka keamanan
Kode simulasi
Kondisi lereng yang makin curam dan makin besarnya sudut residual antara lapisan lanau akan ikut mendorong terjadinya longsor saat terjadi aliran air permukaan atau saat hujan lebat. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan grafik hubungan antara angka keamanan dan kemiringan lereng dan hubungan antara angka keamanan dan besar sudut residual antara lapisan lanau.
1.000 0.800 0.600 40o
50o Inisial Pembasahan 75%
1.80
60o 70o Kemiringan lereng Pembasahan 25% Pembasahan 100%
80o
90o
Pembasahan 50%
Hubungan antara Angk a k e am anan dan be s ar s udut re s idual s im ulas i B
Angka keamanan
1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 35.173
39.512
Sdt residual 0o
-
43.851 48.191 52.530 Kadar air Sdt residual 5o Sdt residual 10o
Semakin tinggi tebal lapisan lanau juga akan berpengaruh pada nilai stabilitas lereng. Hal tersebut seperti terlihat pada grafik berikut, dimana angka keamanan lereng akan naik sampai pada saat nilai kohesi maksimum (dalam hal ini sampai pada pembasahan wi+25%(wsat-wi)). Tetapi saat mulai pembasahan wi +50%(wsat-wi) mulai terlihat bahwa semakin tinggi tebal lapisan lanau, maka angka keamanannya makin kecil.
5
1.500
Bowles Joseph E, 1984, ”Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanika Tanah)”, Erlangga, Jakarta
Hubungan antara angk a k e am anan dan te bal lapis an lanau (sudut lere ng 60o)
1.400 Angka keamanan
1.300 1.200 1.100 1.000
Das Braja M, 1985, ”Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis)”, Erlangga, Jakarta
0.900 0.800 0.700 0.600 3m
5m 7m Tebal lapisan lanau, h1 Inisial Pembasahan 75%
-
-
Pembasahan 25% Pembasahan 100%
9m Pembasahan 50%
Penyelidikan tanah baik di lapangan maupun di laboratorium menjadi sangat penting untuk mengetahui ketebalan lapisan tanah lanau dan lapisan batuan dasarnya, mengingat lapisan tanah yang bersifat lepas merupakan faktor terbesar yang menyebabkan bahaya longsor pada lereng. Perlu adanya sistem drainase pada daerah perbukitan tersebut.
6. DAFTAR PUSTAKA
Deutscher Michael S, 2000, ”RainfallInduced Slope Failures”, Geotechnical Research Centre, Singapore Fredlund, D.G, 1940,”Soil Mechanics for Unsaturated Soils”, University of Saskatchewan, USA Hardiyatmo C.H, 1994, ”Mekanika Tanah”, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta Muntaha, M, 2006,”Studi Perubahan Parameter Tanah Lanau Kelempungan Akibat Proses Pengeringan dan Pembasahan”, Jurnal Teknologi dan Rekayasa Sipil ITS, Surabaya Mitchell K James, 1976,”Fundamentals of Soil Behavior”, University of California, Berkeley, New York Rahardjo P. P, 2002, “Failures of Man Made Slopes”, Prosiding Seminar Nasional, Bandung Saroso B. S, 2002, “Landslides and Slope Stability (Geologi dan Longsoran di Indonesia)”, Prosiding Seminar Nasional, Bandung.
6
7
