PREDIKSI LAJU AMBLESAN TANAH DI DATARAN ALUVIAL SEMARANG PROPINSI JAWA TENGAH
ABSTRAK DISERTASI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Bidang Ilmu Teknik dari institut Teknologi Bandung Dipertahankan pada Sidang Terbuka Komisi Program Doktor Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung Tanggal 28 April 2001
Oleh : Marsudi
Prornotor Ko-promotor
: Prof Dr. In Sukendar Asikin : Dr. In Sudarto Notosiswoyo, MEng Ir. Masyhur Irsyarn, PhD, MSE
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2001
ABSTRAK Dalam pemanfaatan potensi sumberdaya bumi, karena pengelolaan vang kurang baik, seringkali terjadi dampak yang tidak diinginkan. Salah satu dampak tersebut adalah terjadinya amblesan tanah yang disebabkan oleh pemompaan airtanah secara berlebihan, dan pengurugan tanah di dataran aluvial Semarang. Secara geologi, dataran Semarang tersusun oleh endapan aluvial sungai, endapan fasies dataran delta dan endapan fasies pasang-surut. Endapan tersebut terdiri dari selang-seling antara lapisan pasir, pasir lanauan dan Iempung lunak, dengan sisipan lensa-lensa kerikil dan pasir vulkanik. Kondisi geologi seperti tersebut di atas memungkinkan terdapatnya potensi airtanah yang cukup besar. Keberadaan lapisan lempung lunak yang cukup tebal vaitu antara 2 - 30 m di bagian atas mempercepat terjadinya proses konsolidasi. Kebutuhan air minum untuk penduduk kota Semarang (1.974.392 jiwa), industri, dan lain-lain adalah scbcsar 88.705.000 m3 tahun (1996), yang sebagian besar diambil dari airtanah. Karena besarnya pemompaan airtanah di Semarang jauh melebihi kapasitas akuifernya, maka terjadilah penurunan muka airtanah yang mencapai 15 hingga 22 m dbpts (1996). Penurunan muka airtanah akan menyebabkan kenaikan tegangan efektif pada tanah, dan apabila besamya tegangan efektif melampaui tegangan yang diterima tanah sebelumnya maka tanah akan mengalami konsolidasi dan kompaksi yang mengakibatkan amblesan tanah pada daerah konsolidasi normal. Amblesan tanah yang terjadi di dataran Semarang diperkirakan disebabkan oleh dua faktor, vaitu penurunan muka airtanah akibat pemompaan dan peningkatan beban karena pengurugan tanah. Tektonik di Pulau Jawa yang cukup aktif pada Pliosen Akhir - Plistosen Tengah, menghasilkan pola struktur geologi yang kompleks di daerah sebelah selatan daerah penelitian. Struktur sesar yang aktif belum diketaliui dengan jelas pengaruhnya terhadap proses amblesan tanah di dataran aluvial Semarang. Berdasarkan atas peta seismisitas mikro daerah Jawa Tengah terlihat bahwa besaran gempabumi di daerah penelitian adalah 3,0 < M 5 5,0.
Penimbunan tanah urug untuk reklamasi daerah pantai di daerah penelitian dimulai pada taltun 1980, yaitu meliputi kompleks PRPP, Tanah Mas, Bandarharjo, pelabuhan Tanjung Mas dan Tambaklorog yang diikuti oleh daerah - daerah lainnya secara tersebar pada taltun 1996. Ketebalan timbunan tanah tersebut berkisar antara 1 - 5 m, dan diikuti pembangunan perkantoran atau kompleks perumhan. Perhitungan dan prediksi besarnya amblesan tanah akibat dari penurunan muka airtanah atau peningkatan beban tanah urug, dilakukan dengan menghitung besarnya konsolidasi (∆ H) iapisan lempung yang menggunakan pendekatan pemindahan perubahan kelebihan tekanan air pori ke tekanan efektif (Al - Khafaji, 1988). Simulasi model konsolidasi 1-D menggunakan simulasi numerik dengan metode beda hingga (Kai Sin Wong 1988). Simulasi model tersebut dapat digunakan untuk lapisan banyak (multy feyers) pada amblesan tanah. Pembanding hasil simulasi model konsolidasi I-D akibat penurunan muka airtanah adalah hasil simulasi model konsolidasi visko-elastik (Taylor - Merchant, 1940 yang dikembangkan { HYPERLINK http://Maahiuis.et } al, 1996), dan kondisi nyata di lapangan. Kalibrasi model dilakukan dengan cara mengubah parameter masukan sampai hasil simulasi model mendekati atau sesuai dengan kenyataan di lapangan. baru kemudian dilakukan prediksi laju amblesan. Hasil prediksi laju amblesan tanah di dataran aluvial Semarang menggunakan simulasi model konsolidasi 1-D pada tahun 2013 adalah antara 87 cm - 190 cm dari permukaan tanah asal, dan amblesan semakin besar ke arah utara - timur laut. Amblesan tanah di dataran Semarang semakin besar ke arah pantai, sesuai dengan pola penurunan muka airtanah, penyebaran ketebalan lapisan lempung lunak, ketebalan tanah urug, dan banyaknya lapisan pasir pada endapan dataran delta. Hasil simulasi model konsolidasi 1-D dari Terzaghi dan model visko-elastik dari Taylor - Merchant untuk tahun pertama hingga 20 tahun berikutnva menunjukkan suatu kemiripan. Sedangkan setelah 20 tahun hasil prediksi konsolidasi simulasi model visko - elastik lebih rendah dibandingkan model konsolidasi dari Terzaghi. Berdasarkan atas hasil simulasi model konsolidasi 1-D; terlihat bahwa pada daerah pantai amblesan tanah lebih dipegaruhi oleh beban tanah urug dan bangunan, yaitu sekitar 52 % - 59 %. Sedangkan
pada daerah yang jauh dari pantai amblesan Iebih dipengaruhi oleh penurunan muka air tanah, yaitu mulai dari 52 % - 64 %. Berdasarkan hasil simulasi model dapat disimpulkan bahwa metoda perhitungan analitik proses konsolidasi dan simulasi model konsolidasi 1-D dengan pendekatan proses perubahan tegangan efektif akibat penurunan muka airtanah atau adanya beban tanah urug, dapat digunakan untuk mengetahui besarnya pemampatan tanah dan memberikan basil yang cukup baik. Simulasi model amblesan tanah tersebut diharapkan dapat memberikan sumbangan terhadap pengetahuan amblesan tanah. dan dapat diterapkan di daerah lain terutama dataran aluvial yang berumur Resen atau daerah-daerah yang terdiri dari endapan yang belum termampatkan atau endapan konsolidasi normal. Hasil dari penelitian yang telah dilakukan ini dapat juga dipergunakan/dimanfaatkan sebagai bahan pertimbangan dalam mengelola sumber daya air (konservasi airtanah) di daerah-daerah pantai, dan juga sebagai acuan untuk perencanaan/kebijaksanaan yang berhubungan dengan pembangunan infra struktur dan reklamasi wilayah. Selanjutnya hasil tersebut diharapkan dapat dipakai sebagai arahan untuk penataan dan pengelolaan wilayah perkotaan pantai di seluruh Indonesia.
PREDICTION OF LAND SUBSIDENCE RATE IN THE SEMARANG ALLUVIAL PLAIN CENTRAL JAVA PROVINCE
ABSTRACT OF DISSERTATION
A dissertation submitted to the Institute of Technology Bandung For the Degree of Doctor in the Discipline of Mining Engineering Defended in Open Examination of Postgraduate Commission on Doctorate Programme of Bandung Institute of Technology. Date April 28. 2001.
BY Marsudi
Promoter Co-promoter
: Prof. Dr. Ir. Sukendar Asikin : Dr. Ir. Sudarto Notosiswoyo, MEng Ir. Masyhur Irsyam, PhD, MSE
INSTITUTE TEHNOLOGY OF BANDUNG 2001
ABSTRACT Negative impact may occur if the utilization of natural resources is not properly managed. One of the negative impacts is land subsidence that is caused by excessive pumping of groundwater and by filling of embankment over alluvium plain such as occurring in Semarang. Geologically, Semarang plain consists of alluvial deposit, delta plain sediments as well as tidal flat. These deposits comprise alternating sand, silty sand, and soft clay with lenses of gravel and volcanic sand. Such geological condition enables Semarang plain to have significant potential of groundwater availability. The presence of soft clay that is thick and located in the upper part at 2 m - 3() to bellow ground surface tend to accelerate the process of consolidation. Drinking water required for the local inhabitants of Semarang City (1.974.392 peoples), as well as for industries, and other purposes in 1990 is approximately 88.705.000 m'/ year. Most of the supplied water is originated from groundwater. Significant amount of groundwater pumping has resulted in a lowering of groundwater level that reached up to 1.5 m to 22 m ugds in 1990. The lowering of ground water level results in increase of effective stress of the ground. When the effective stress exceeds effective stress previously received by the ground, soil will consolidate and compact that leads to land subsidence in normally consolidated zones. It is predicted that the land subsidence that has been occurring in the Semarang plain is caused by two factors; i.e. lowering of ground water level due to pumping, and increase of overburden pressure due to earth filling for embankment. Tectonic condition of Java Island that was active in the Late Pliocene to Middle Pleistocene period has produced complex geological structures in the south of the study area. It has not been clearly understood whether these active fault structures influence the process of land subsidence in Semarang alluvial plain. Micro seismi city map of Central Java indicates that seismi city of the study area ranges of 3.0 to 5.0 of the Richter's scale. The piling of earth material for coastal reclamation in the study area was started in 1980, and it covered the area of PRPP, Tanah Mas, Bandarharjo, Tanjung Mas Harbor, Tambaklorog. The reclamation was then followed for other location in 1996. The reclamation was conducted by filling of earth material from lm to 5 m and followed by development of buildings for housing and offices.
In order to calculate and to predict the rate of land subsidence due to lowering of groundwater level and due to earth filling, calculation of consolidation settlement (∆H) for clay layers is conducted. It is conducted based on the transfer of stresses from excess pore water pressure to effective stress of soil. The process of one dimensional consolidation (I-D) from Terzaghi is numerically performed using the finite different method proposed by Kai Sin Wong (1988). This numerical simulation enables the calculation of land subsidence for ground condition having multi layers of clay soil. The calculation results of consolidation settlement due to lowering groundwater level and based on the 1-D model is verified by, actual field observation and compared by using the visco-elastic consolidation model from Taylor-Merchant (1940) that was subsequently developed by Maathuis H. et.al, (1996). Calibration for the models are performed by adjusting input parameters. The input parameters for soils are adjusted until the values of consolidation settlement are equal or closed to the actual field observation. Using the adjusted parameters, prediction of the rate of land subsidence is then conducted. Prediction of land subsidence based on the ( l -D) consolidation model for the year of 2013 ranges from 87 to 190 cm. It is obtained that the amounts of land subsidence become larger toward north north cast direction. It is also found that the amount of land subsidence for the Semarang plain increases toward coastal area. This finding is appropriate with the pattern of groundwater lowering, distribution of the thickness of soft clay layers, thickness of earth filling, and the presence of sand layers in the delta plain sediment. Calculation results of land subsidence based on the 1-D model from Terzaghi are closed to those of the visco-elastic model from TaylorMerchant up to 20 years. Beyond 20 years, the visco-elastic model yields lower values of subsidence. Based upon the results of numerical simulation using 1-D model, it can be concluded that the land subsidence around the coastal area is mainly caused by increase of load from earth filling for reclamation and from buildings. It's contribution ranges from 52 % to 59 % of the total subsidence. Whereas at areas located far away from the coastal area, the subsidence is largely affected by the lowering ground water level. It's contribution varies from 52 % to 64 % of the total subsidence. The results of numerical simulation indicate that the analytical method for consolidation processes and the numerical simulation based on 1-D model that considers the change of effective stress due
to the lowering of groundwater surface and due to the presence of earth filling can be applied to accurately predict the ground settlement. It can also be expected that the simulation of land subsidence model provides valuable contribution to the knowledge concerning land subsidence. The simulation may be applied for other areas particularly for Resent alluvial plains or areas consisting of unconsolidated / normally consolidated sediments. Furthermore, results of this study can be used as an important consideration in the development of policy and planning related to (lie development of infra structures and land reclamation and related to water resource management and conservation in coastal areas, not only for Semarang but also for other urban coastal areas in Indonesia.
