permodelan pergerakan tanah pada lereng

SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
PERMODELAN PERGERAKAN TANAH PADA LERENG
Daniel Hartanto
Fakultas Tekni Unika Soegijapranata, Semarang
ABSTRACT
Soil movement often occur on the slopes natural or embankment. In the absence of natural slopes
non vegetation cover and slopes with vegetation cover became the main object of this research.
Rate is the final results obtained from laboratory scale experiment of the natural slopes of the
approach. Slope Angle is very influential to the movement rate of the soil. Angle of tilt 20
generating rate of land between: 15 cm/sec up to 66 cm/sec for compacted soil and 100 cm/sec for
non compacted soil. While the angle of 40 yield rate of the ground between: 100 cm/sec to 125
cm /sec for compacted soil and rate between : 85 cm/sec to 200 cm/sec for non compacted soil.
Key words: Rate,land cover, non land cover, embankment ,compacted soil and non compacted soil
PENDAHULUAN
Pengertian Lereng
Lereng merupakan suatu kondisi di
mana terdapat dua permukaan tanah
dengan
ketinggian
yang
berbeda
(Sunggono,
1984).
Lereng
dapat
digolongkan dalam dua tipe yaitu lereng
tak terbatas dan lereng terbatas (Sunggono,
1984). Menurut Cristady (1994) lereng tak
terbatas merupakan kondisi di mana tanah
yang mempunyai kedalaman tertentu
dengan permukaan miring, terletak di atas
lapisan
batu
dengan
kemiringan
permukaan yang sama. Disebut tak terbatas
karena mempunyai panjang yang sangat
besar dibanding kedalamannya. Jika
diambil elemen tanah dengan lebar
tertentu, gaya-gaya yang bekerja pada dua
bidang vertikalnya akan sama karena pada
lereng tak terbatas gaya-gaya yang bekerja
di setiap sisi bidangnya dapat dianggap
sama. Sifat-sifat tanah dan tegangan lereng
tak terbatas pada salah satu bidang yang
sejajar dengan lereng adalah sama maka
kelongsoran pada lereng tak terbatas
biasanya terletak dalam satu bidang yang
sejajar dengan bidang lereng (Sunggono,
1984). Lereng terbatas menurut Cristady
(1994) merupakan kondisi di mana suatu
timbunan terletak di atas tanah asli yang
miring. Akibatnya timbunan akan longsor
di sepanjang bidang gelincir. Contoh
kondisi ini adalah jika tanah timbunan
diletakkan pada tanah asli yang miring di
mana pada lapisan tanah asli masih
terdapat lapisan lemah yang berada di
dasar timbunannya.
Gambar 1. Tipe Lereng (Sunggono, 1984)
Jenis-Jenis Gerakan Tanah
35
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
Gerakan tanah dapat diklasifikasikan
dalam banyak cara dan masing-masing
memiliki kegunaannya dalam menekankan
pentingnya kepada cara pengenalan, cara
penanggulangan, kontrol dan keperluan
klasifikasi yang lain. Hal-hal yang
digunakan untuk kriteria identifikasi dan
klasifikasi adalah jenis gerakan, jenis
material, kecepatan gerakan, geometri,
penyebab longsoran/gerakan tanah dan
kondisi aktivitasnya.
Berdasarkan jenis-jenis gerakannya,
lereng dibagi menjadi (Rahardjo, 2002):
1. Runtuhan (Falls)
Gerakan massa jatuh melalui udara
yang terlepas dari lereng curam dan
tidak ditahan oleh geseran dengan
material yang berbatasan. Pada
jenis runtuhan batuan umumnya
terjadi dengan cepat dan ada
kemungkinan
tidak
didahului
gerakan awal.
2. Pengelupasan (Topples)
Gerakan ini berupa rotasi keluar
dari suatu unit massa yang berputar
terhadap suatu titik akibat gaya
gravitasi atau adanya air dalam
rekahan.
3. Aliran Tanah (Earth Flow)
Jenis gerakan tanah ini tidak dapat
dimasukkan ke dalam kategori di
atas karena merupakan fenomena
yang berbeda. Pada umumnya jenis
gerakan tanah ini terjadi pada
kondisi tanah yang amat sensitif
atau sebagai akibat dari gaya
gempa. Bidang gelincir terjadi
karena gangguan mendadak dan
gerakan
tanah
yang
terjadi
umumnya bersifat cepat tetapi
dapat juga lambat misalnya pada
rayapan/ creep .
4. Longsoran (Slides).
Gerakan ini dapat bersifat progresif
dari lambat hingga amat lambat
yang berarti bahwa keruntuhan
geser tidak terjadi seketika pada
seluruh bidang gelincir melainkan
merambat dari suatu titik. Massa
yang bergerak menggelincir di atas
lapisan batuan/ tanah asli dan
terjadi pemisahan (separasi) dari
kedudukan semula. (gambar 2).
Gambar 2. Jenis Pergerakan Tanah: (1)
Runtuhan (2) Pengelupasan (3) Longsoran
(4) Spread (5) Aliran Tanah
(Cruden & Varnes, 1992)
Bila keruntuhan terjadi sepanjang
bidang gelincir yang masih terletak dalam
batas lereng disebut keruntuhan lereng.
Bila keruntuhan terjadi, bidang gelincir
melewati ujung bawah lereng disebut
keruntuhan dasar.
Penyebab Longsoran
Material yang membentuk lereng
memiliki kecenderungan tergelincir dibawa
10
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
beratnya sendiri dan gaya-gaya luar yang
ditahan oleh kuat geser tanah dari material
tersebut. Gangguan terhadap kestabilan
terjadi bila tahanan geser tanah tidak dapat
mengimbangi
gaya-gaya
yang
menyebabkan gelincir pada bidang
longsor. Penyebab gerakan tanah dan
longsoran terdiri dari suatu seri kejadian
yang dapat berasal dari alam maupun oleh
manusia. Dalam banyak kasus, penyebab
tersebut sering tidak dapat dihindarkan
Penyebab yang paling umum adalah
unsur geologi, topografi dan iklim. Jarang
sekali penyebab gerakan ini bersifat
tunggal tetapi pada umumnya kombinasi
dari beberapa faktor. Penyebab gerakan
tanah dan longsoran ini harus lebih dulu
dimengerti sebelum suatu tindakan
pencegahan atau tindakan remedial
dilakukan.
Terzaghi (1950) membagi penyebab
longsoran lereng terdiri dari 2 hal: akibat
pengaruh luar (external effect) dan
pengaruh dalam (internal effect). Pengaruh
luar yaitu pengaruh yang menyebabkan
bertambahnya gaya geser dengan tanpa
adanya perubahan kuat geser dari
tanahnya. Contoh pengaruh luar (external
effect) yaitu:
1. Akibat kaki lereng tererosi oleh aliran
air sungai/ hujan
Perubahan lereng suatu tebing secara
alami karena erosi akan mengganggu
stabilitas yang ada. Semakin terjal
suatu lereng akan semakin besar
kemungkinan untuk longsor (tabel 1).
2. Penggalian oleh manusia
Penggalian terhadap bagian kaki lereng
dapat mengurangi daya dukung tanah.
Tabel 1. Hubungan Sudut Lereng dan
Jumlah Keruntuhan
Sudut Lereng
(derajat)
Jumlah Keruntuhan
12-14
15-18
19-20
21-22
23-24
25-26
27-28
29-30
31-33
> 33
2
12
10
46
58
73
76
36
32
7
Sumber : Zook dan
Bednar, 1975 diambil dari
Soedarmo, 1997
3. Pembongkaran dinding penahan tanah
Dinding penahan tanah berguna untuk
menahan massa tanah yang bergerak.
Bila dinding dibongkar maka tidak ada
bangunan yang menahan kelongsoran
tersebut.
4. Beban bangunan dan konstruksi sipil
yang lain
Peningkatan beban permukaan ini akan
meningkatkan tegangan dalam tanah
termasuk meningkatnya tegangan air
pori.
5. Air hujan tertahan di atas lereng
Perubahan kadar air baik karena air
hujan maupun resapan air tempat lain
dalam tanah akan segera meningkatkan
kadar air dan menurunkan kekuatan
geser dalam lapisan tanah. Aliran air
tanah akan mempercepat terjadinya
longsor karena air bekerja sebagai
pelumas. Bidang kontak antar butir
akan melemah karena air dapat
menurunkan tingkat kelekatan butir.
6. Timbunan tanah
Suatu lereng yang baru saja ditimbuni
dengan tanah, di atasnya dibangun
sebuah bangunan misalnya rumah.
Lereng
itu
dapat
mengalami
11
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
kelongsoran karena belum kuat
menahan beban di atasnya akibat
timbunan yang masih baru.
7. Getaran
Pengaruh getaran berupa gempa,
ledakan dan getaran mesin dapat
mengganggu kekuatan geser dalam
tanah.
Pengaruh dalam yaitu longsoran yang
terjadi dengan tanpa adanya perubahan
kondisi luar atau gempa bumi. Faktorfaktor yang menyebabkan pengaruh dalam
tersebut antara lain:
1. Kondisi awal
a. Tergantung dari jenis tanah
b. Tergantung dari struktur geologi :
lapisan berada di atas tanah
lempung lunak; lapisan berselangseling
antara
tanah
yang
berpermeabilitas rendah dengan
yang berpermeabilitas tinggi
2. Pelapukan
3. Perubahan berat volume dan tekanan
air pori
a. Berat volume yang menjadi jenuh
b. Kenaikan tekanan air pori (akibat
naiknya muka air tanah) karena
hujan
yang
berkepanjangan,
pembangunan dan pengisian
waduk, gangguan pada sistem
drainase dan lain-lain
Akibat adanya perbedaan ketinggian pada
lereng maka akan menyebabkan terjadinya
gaya-gaya dalam tanah yang mendorong ke
samping (horizontal). Gaya pendorong
adalah gaya tangensial dari berat massa
tanah. Bekerjanya gaya-gaya ini akan
mengakibatkan tanah yang lebih tinggi
bergerak ke arah bawah. Gaya-gaya
pendorong terjadinya kelongsoran ini dapat
timbul karena beberapa hal:
1. Akibat adanya beban di atas
permukaan tanah yang lebih
tinggi
Beban di atas permukaan tanah
yang tinggi misalnya beban
jalan di atas lereng, traksi rem
dari kendaraan-kendaraan yang
lewat, tanaman-tanaman di tepi
jalan (Sunggono, 1984)
2. Akibat adanya tekanan air
tanah.
Air sering merupakan penyebab
kelongsoran tanah, baik dengan
mengikis lapisan air, melumasi
batuan ataupun meningkatkan
kadar air suatu lempung dan
mengurangi kekuatan geser.
Perpindahan air seringkali
terjadi di dekat pekerjaanpekerjaan tanah yang besar
seperti pada suatu bendungan
tanah atau galian di bawah
muka air tanah alam (Smith,
1984).
3. Akibat tekanan gravitasi dalam
tanah itu sendiri
Pada permukaan tanah yang
tidak horizontal, komponen
gravitasi
cenderung
untuk
menggerakkan tanah ke bawah.
Jika
komponen
gravitasi
sedemikian besar sehingga
perlawanan terhadap geseran
yang dapat dikembangkan oleh
tanah pada bidang longsornya
terlampaui maka akan terjadi
longsoran.
4. Akibat faktor non teknis
Faktor non teknis misalnya
lokasi bencana dekat dengan
mata air di mana binatang air
seperti kepiting suka membuat
sarang di dekat sungai maka
lama-kelamaan
tanah
di
12
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
sekitarnya dapat
kelongsoran.
mengalami
DETAIL PERMODELAN LERENG
BUATAN
Metode penelitian yang kami pakai
adalah eksperimen laboratorium, untuk
jelasnya dapat dilihat gambar 3.
Tanah polos dan
tanah dengan vegetasi
Curah hujan buatan
dengan intensitas tertentu
Permodelan
Wadah kayu (talang) diisi tanah
dipadatkan/tidak dibuat
kemiringan tertentu
Sensor elektronik &
kelengkapan visual
Pengamatan pergerakan tanah, rate
atau laju pergerakan tanah
Gambar .3 Skema Percobaan Pergerakan
Tanah
HASIL PENGUJIAN
Pengujian yang dilakukan di
laboratorium Mekanika Tanah Fakultas
Teknik Unik Soegijapranata Semarang
meliputi 2 (dua) tahap yaitu :
a. Pengujian curah hujan buatan
b. Permodelan pergerakan tanah
Pengujian Hidrologi
Pengujian ini menggunakan alat bantu
shower dengan kran kontrol dengan skala
tertentu. Air kran yang ada dialirkan
menggunakan selang ke kran kontrol,
kemudian air disemprotkan secara bebas
oleh kepala shower ke bawah. Berikut
adalah skema dalam menentukan curah
hujan buatan :
Berikut langkah – langkah pengujian
hujan buatan:
Langkah 1 :
Kran utama (kran di laboratorium –
washbak) diputar full (buka penuh)
kemudian kran kontrol
Langkah 2 :
Ukur ketinggian dasar dan mulut
gelas ukur ke kepala shower
Langkah 3 :
Putar kran utama posisi buka penuh
(full), atur kecepatan seprotan air
lewat shower dengan mengatur atau
mengerakan kran kontrol digerakan
sesuai dengan skala derajat sudut
yang ada pada busur derajat sebagai
indikatornya.
Langkah 4 :
Amati ketinggian air pada gelas
ukur per 100 ml dan catat
waktunya.
Ulangi langkah 4 sampai air
mencapai volume 1000 ml baru
kran kontrol di putar pada 0
(posisi off)
Hasil yang didapat adalah tabel
hubungan antara volume dengan
waktu. Hasil pengujian hujan
buatan dapat dilihat pada tabel 2.
13
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
Tabel 2. Hasil Perhitungan Curah Hujan Buatan Trial ke - 1
Tuas
kran
28
30
43
29
30
33.5
34.5
38
33
10
20
30
40
50
60
70
80
90
rerata
sudut ( )
33
33
43
28
29
32
33
37.5
34
34
31
45
33
29
31.5
32
33
34.5
30.5
36
30
28.5
31.5
28
32.38
31.13
43.67
31.50
29.50
31.38
32.75
34.13
33.42
ml/min mm/jam
tan
0.6340
0.6038
0.9545
0.6128
0.5658
0.6098
0.6432
0.6777
0.6598
0.6340
0.6038
0.9545
0.6128
0.5658
0.6098
0.6432
0.6777
0.6598
38.04
36.23
57.27
36.77
33.95
36.59
38.59
40.66
39.59
Trial ke-1 :
Mengukur air yang menyemprot keluar shower tiap interval 10 sampai dengan 90
Trial ke-2 :
Mengukur air yang menyemprot keluar shower dengan sudut tuas kran kontrol 30 ,
45 ,60 dan 90
Hasil uji dari trial ke-2 yang diambil adalah 34.64 mm/jam dengan sudut kran kontrol
pada sudut 30 dan 41.24 mm/jam pada sudut kran kontrol pada sudut 90
Tabel 3. Hasil Perhitungan Curah Hujan Buatan Trial ke - 2
Tuas kran
Sudut ( )
ml/min
mm/jam
30
30.00
0.5774
0.5774
34.64
45
30.00
0.5774
0.5774
34.64
60
30.00
0.5774
0.5774
34.64
90
34.50
0.6873
0.6873
41.24
Permodelan Pergerakan tanah
Urutan Pengujian permodelan pergerakan
tanah
1. Pengambilan
sampel
tanah
terganggu
(disturb
sample)
dilakukan dengan 2 kondisi :
kondisi tanah tanpa vegetasi (soil
non land cover) dan kondisi tanah
dengan vegeatasi dalam hal ini
rumput (soil with land cover)
tan
dengan menggunakan alat cangkul
dan linggis.
Tanah tanpa vegetasi (soil non land
cover) merupakan tanah asli tanpa
adanya akar – akar tanaman dan
batuan. Cara mengambil sampel
tanah adalah : permukaan tanah
yang akan dibersihkan dulu dari
rumput dan akarnya dengan jalan
bantuan
cangkul.
Tebal
pemangkasan lapisan permukaan
10
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
tanah adalah ± 4 cm. Sampel tanah
diambil sebanyak 1 karung.
Sedangkan tanah dengan vegeasi
(soil with land cover), tanah
dicangkul perlahan dan dengan
bantuan linggis, bongkahan tanah
berbentuk empat persegi diangkat
ke atas dan diletakan dalam karung
pelastik.
2. Tanah dimasukan dalam talang
dengan 2 (dua) metode yaitu
dipadatkan dengan bantuan palu
karet dan tanpa usaha pemadatan
(tanah hanya dipadatkan dengan
bantuan kekuatan tangan)
Posisikan
talang
dengan
kemiringan
tertentu,
dengan
bantuan bandul dan busur derajat.
Kemiringan yang setting adalah 20
dan 40 .
3. Pasang 1 unit sensor gerak (3
sensor) di atas talang propotipe dan
stel pergerakan masing–masing
sensor. Jarak tiap sensor satu
dengan lainnya adalah 60 cm.
Jangan lupa diadakan test gerakan
sensor dengan jalan disentuh dan
lihat bacaan di ECU – display.
Detail sensor dapat dilihat pada
gambar 4.
Gambar 4. Permodelan Pergerakan Tanah
10
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
4. Persiapan hujan buatan, tiang +
shower diletakan didekat talang
yang telah berisi tanah. Selang
dihubungkan ke kran washbak
kemudian kran kontrol di posisikan
90 . Sebelum semprotan air dari
shower
mengenai
permukaan
sampel tanah, letakan ember persis
di atas permukaan sehingga jatuh
semprotan air betul – betul
mengenai permukaan tanah.
5. Setelah langkah 3 dan 4,
selanjutnya persiapkan alat tulis,
kertas, stopwatch, handycam dan
kamera. Aliran air dari kran dibuka
penuh, kran kontrol dibuka dan saat
bersamaan stopwatch dinyalakan.
Pengamatan terhadap waktu dengan
kondisi :
t1, tanah mulai bergerak,
t2, massa tanah (bongkahan tanah)
mulai meluncur turun
t3, semua massa tanah meluncur
turun
dan amati display ECU pada saat
tanah meluncur turun (laju/rate)
dalam satuan cm/det. Pengamatan
pergerakan
tanah
dan
laju
pergerakan tanah dapat di lihat
pada tabel 4.
Tabel 4. Laju Pergerakan tanah
Tanah tanpa adanya land cover
(non land cover) dan dipadatkan
terlihat kecepatan laju tanah (rate)
dengan sudut kemiringan lereng
buatan sebesar 20 dimana butir –
butiran tanah mulai bergerak (t1) =
2 cm/det sedangkan tanah tanpa
pemadatan (t1) = 5 cm/det sehingga
selisih 3 cm/det.
Tanah tanpa adanya land cover
(non land cover) dan dipadatkan
terlihat kecepatan laju tanah (rate)
dengan sudut kemiringan lereng
buatan sebesar 40 dimana butir –
butiran tanah mulai bergerak (t1) =
100 cm/det sedangkan tanah tanpa
pemadatan (t1) = 85 cm/det
sehingga selisih 15 cm/det.
Tanah dengan land cover terlihat
kecepatan laju tanah (rate) dengan
sudut kemiringan lereng buatan
sebesar 40 dimana butir–butiran
9
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
tanah mulai bergerak (t1) = 11
cm/det hingga 44 cm/det .
PENUTUP
Kesimpulan
1. Permodelan pergerakan tanah oleh
curah
hujan
hujan
buatan
menghasilan
laju
atau
rate
pergerakan tanah yang bervariasi.
Kemiringan
(sudut)
talang
berpengaruh besar bagi laju atau
rate dari tanah tersebut
2. Sudut talang 20 menghasilkan laju
tanah antara : 15 cm/det sampai 66
cm/det
untuk
tanah
padat.
Sedangkan tanah tanpa usaha
pemadatan laju : 100 cm/det
3. Sudut talang 40 menghasilkan laju
tanah antara : 100 cm/det sampai
125 cm/det untuk tanah padat.
Sedangkan tanah tanpa usaha
pemadatan laju : 85 cm/det sampai
200 cm/det.
Saran
1. Perlu adanya studi lebih lanjut
untuk mementukan curah hujan
yang bervariasi
2. Perlu adanya sampel tanah yang
diambil secara zona – zona
3. Perlu adanya variasi dari kondisi
land cover seperti vegetasi perdu,
bambu dan tamanan lainnya
4. Perlu adanya variasi slope lereng
DAFTAR PUSTAKA
Abramson, Lee, Sharma, & Boyce, 1996, Slope Stability and Stabilization Methods, John
Wiley and Sons, New York
Bowles, Joseph E & Hainim, Johan K, 1991, Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknis Tanah, Erlangga,
Jakarta
Carter, Michael & Bentley, Stephen, P, 1991, Correlations of Soil Properties, Pentech Press
Publishers, London
Cristady, Hary, 1994, Mekanika Tanah 2, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Djaja, Bustami Usman, 2001, Peta Kerentanan GerakanTanah dan Kebencanaan Beraspek
Geologi Lainnya Kota Semarang, Jawa Tengah, Direktorat Tata Lingkungan Geologi dan
Kawasan Pertambangan, Semarang.
Herianto, W, 1983, Analisa Kestabilan Lereng Seri Mekanika Tanah 1: Edisi I, Bandung.
Rahardjo, Salim & Widjaja, 2002, Manual Kestabilan Lereng, Geotechnical Engineering
Center Universitas Katolik Parahyangan, Bandung
Smith, M. J, 1984, Mekanika Tanah, Erlangga, Jakarta.
10
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
___________________________________________________________________________
Soedarmo, G. Djatmiko & Purnomo, S. J. Edy, 1997, Mekanika Tanah 2, Kanisius,
Yogyakarta
Sunggono, K. H, 1984, Mekanika Tanah, Nova, Bandung
Terzaghi, Peck, & Mesri, 1996, Soil Mechanics in Engineering Practise, John Wiley and
Sons, Inc., New York
Wesley, L. D, 1988, Mekanika Tanah, Yayasan Badan Penerbit Pekerjaan Umum, Jakarta
10
SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januari 2013
_______________________________________________________________________
____
1