49  

BAB IV SIMULASI PENGARUH PERCEPATAN GEMPABUMI TERHADAP KESTABILAN LERENG PADA TANAH

RESIDUAL HASIL PELAPUKAN TUF LAPILI

4.1. LONGSORAN DI DAERAH PENELITIAN

Di daerah penelitian banyak ditemukan kasus longsoran. Empat buah longsoran

dijumpai selama observasi lapangan dan tiga di antaranya dijumpai setelah terjadinya gempa

Jawa Barat Selatan yang terjadi pada tanggal 2 September 2009. Longsoran-longsoran tersebut

dijumpai pada tanah residual yang merupakan hasil pelapukan Satuan Tuf Lapili Burangrang

(Gambar 4.1). Hal ini tentu saja akan semakin menarik untuk dipelajari tentang kestabilan

lereng di daerah penelitian, khususnya pada tanah residual pelapukan tuf lapili terkait dengan

percepatan tanah maksimum (peak ground acceleration). Percepatan tanah maksimum ini

terbentuk akibat adanya gempabumi, baik yang bersumber dari hasil mekanisme subduksi

antara Lempeng Eurasia dengan Lempeng Indo-Australia. Selain itu, gempabumi dapat juga

bersumber dari pergerakan sesar baik Sesar Lembang maupun Sesar Cimandiri yang keduanya

berada dekat dengan daerah penelitian.

Gambar 4.1. Longsoran-longsoran yang terjadi di daerah penelitian. Longsoran ini terjadi pada tanah yang merupakan hasil dari pelapukan Satuan Tuf Lapili Burangrang.

50  

4.2. METODE PENGAMBILAN CONTO TANAH PELAPUKAN

Conto tanah yang diambil untuk pengujian laboratorium yaitu pada bagian tanah

residual hasil pelapukan tuf lapili. Conto tanah yang diambil diusahakan berupa conto tanah

yang tidak terganggu (undisturbed sample). Metode yang digunakan agar mendapatkan

kondisi tersebut yaitu dengan menggali tanah tersebut sedalam ±10 cm dan mengambil tanah

tersebut dengan bentuk kotak dengan ukuran 20 cm x 20 cm x 10 cm. Conto tanah tersebut

kemudian dibungkus oleh plastik transparan kemudian dibungkus lagi dengan allumunium foil

agar kelembaban tanah tetap terjaga dan yang terakhir direkatkan dengan perekat.

Gambar 4.2. Proses pengambilan conto dengan menggali bagian sampingnya dan membentuk kotak pada tanah residual hasil pelapukan tuf lapili (gambar kiri) dan conto tanah yang sudah dibungkus plastik transparan dan

allumunium foil yang direkatkan oleh perekat (gambar kanan).

4.3. PROPERTI TANAH RESIDUAL

4.3.1 Sifat Fisik

Tipe batuan dasar sangat mempengaruhi karakteristik dari tanah residual. Dalam

analisis kestabilan lereng, sangatlah penting untuk mengetahui sifat fisik material

penyusunnya (tanah). Sifat fisik tanah yang perlu diketahui untuk menganalisis kestabilan

lereng adalah berat isi. Berat isi (gr/cm3) merupakan perbandingan antara massa material (gr)

terhadap volume material tersebut (cm3). Berat isi menyatakan beban dari suatu material yang

akan mempengaruhi kestabilan suatu lereng. Berat isi suatu material dapat berupa berat alami,

berat kering dan berat jenuh. Dalam analisis kestabilan lereng ini yang dipakai adalah berat

jenuh yang mencerminkan kasus atau masalah terburuk yang mungkin timbul.

51  

Dari hasil pengujian laboratorium, didapat bahwa berat alami untuk tanah ini adalah

1,59 gr/cm3 dan berat jenuhnya adalah 2,09 gr/cm3 (lihat Lampiran D.1).

4.3.2 Sifat Mekanik

Selain sifat fisik, sifat mekanik suatu material juga sangat mempengaruhi kestabilan

lereng. Sifat mekanik yang dicari dalam analisis kestabilan lereng adalah kohesi dan sudut

geser dalam. Untuk perhitungan keduanya digunakan Uji Geser Langsung (Direct Shear Test).

Pengujian ini dilakukan dengan memberikan tegangan normal atau normal stress (σn) pada

material yang ditambahkan tegangan geser atau shear stress (σs) hingga batas keruntuhan

material. Pengujian ini dilakukan di laboratorium karena lebih mudah, cepat dan efektif. Dari

hasil analisis laboratorium diperoleh nilai sudut geser dalam 65,11° dan nilai kohesi 0,042

kg/cm2 (lihat Lampiran D.2). Dari nilai sifat fisik dan sifat mekanik yang telah diperoleh

seperti densitas, sudut geser dalam dan kohesi, data ini lebih lanjut akan digunakan untuk

analisis kestabilan lereng dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Slide versi 3.0

(Rocscience, 2003).

4.4. PEMODELAN DAN SIMULASI KOMPUTER 4.4.1. Model Lereng

Pada simulasi pengaruh percepatan gempabumi terhadap kestabilan lereng akan dibuat

model lereng dengan berbagai variasi sudut. Asumsi yang digunakan pada masing-masing

model lereng yang dibuat yaitu materialnya homogen, lereng tersebut kontinu, isotropik dan

jenis lerengnya adalah lereng tunggal (single slope).

Bentuk geometri dari lereng dibuat sederhana. Kemiringan lereng dibuat bervariasi

dari sudut 90⁰ hingga 20⁰ dengan interval 10⁰. Material penyusun lereng diasumsikan

homogen, lereng terdiri dari satu jenis tanah penyusun saja (Gambar 4.3).

52  

 

4.4.2. Metode Simulasi

Dengan menggunakan perangkat lunak Slide versi 3.0 (Rocscience, 2003) dilakukan

simulasi kestabilan lereng pada tiga kondisi. Pada simulasi awal (Gambar 4.4), lereng dibuat

dalam kondisi tidak adanya percepatan tanah maksimum akibat gempabumi yang

mempengaruhi lereng (simulasi tanpa PGA). Simulasi ini dilakukan mulai dari sudut 90⁰

hingga 20⁰ dengan interval 10⁰ dan dicari tinggi lereng (h) pada saat kondisi lereng kritis

(FK≈1) dengan metode trial dan error. Dalam satu kali penentuan tinggi lereng dengan FK≈1,

misalnya pada lereng dengan sudut 60º, penentuan nilai h ini dapat mencapai 10 kali simulasi

(running software). Setelah didapat nilai tinggi lereng (h), lalu data tersebut dicatat pada

Gambar 4.3. Model lereng yang digunakan untuk simulasi dengan menggunakan perangkat lunak Slide versi 3.0 (Rocscience, 2003) dengan bentuk lereng tunggal, α adalah sudut lereng dan h adalah tinggi lereng.

53  

variasi sudut dan nilai tinggi yang didapat dengan nilai faktor keamanannya dan model

keruntuhannya.

Setelah semua variasi sudut dilakukan dari sudut 90⁰ hingga 20⁰ dengan kondisi tanpa

PGA, selanjutnya simulasi dilakukan pada kondisi percepatan gempabumi (PGA) dengan nilai

0,15 g dan 0,20 g dengan melakukan hal yang sama seperti pada kondisi tanpa PGA. Lalu

data-data tersebut dicatat dalam bentuk tabel dan hasilnya akan dibuat grafik. Dari grafik ini

dapat diketahui seberapa besar pengaruh percepatan gempabumi terhadap kestabilan lereng.

4.4.3. Hasil Simulasi Komputer

Pada tiap variasi sudut lereng dilakukan minimal sepuluh kali simulasi pada conto

tanah residual tuf lapili dengan parameter perubahan nilai percepatan gempabumi dari tanpa

PGA hingga dengan nilai PGA 0,20 g. Sifat poperti yang digunakan dalam simulasi ini antara

lain berat isi jenuh (γs), kohesi (c), dan sudut geser dalam (θ) (lihat Lampiran D).

Hasil simulasi (lihat Lampiran E) pada tanah residual hasil pelapukan tuf lapili yang

dilakukan tanpa PGA pada tiap-tiap variasi dengan mencari nilai ketinggian pada kondisi

lereng kritis (FK≈1) ditabulasikan pada Tabel 4.1. Nilai dari hasil tabulasi ini kemudian dibuat

grafik (Gambar 4.5). Garis pada grafik yang dibuat mencerminkan batas antar lereng yang

stabil (bagian bawah garis) dengan lereng yang tidak stabil atau lereng yang seharusnya sudah

longsor (bagian atas garis). Nilai tinggi lereng yang didapatkan untuk simulasi tanpa PGA ini

mulai dari 1 m sebagai titik terendah dan 70 m sebagai titik tertinggi.

Tabel 4.1. Hasil simulasi lereng dengan kondisi tanpa PGA

Sudut (⁰) Tinggi (m) FK Model Keruntuhan

90 1 1.060 Toe Failure

80 1.4 1.012 Toe Failure

70 1.8 1.021 Toe Failure

54  

60 2.5 1.000 Toe Failure

50 3.5 1.008 Toe Failure

40 6 1.008 Toe Failure

30 20 1.010 Toe Failure

20 70 1.024 Toe Failure

 

Hasil simulasi selanjutnya dilakukan pada lereng dengan kondisi adanya percepatan

gempabumi dengan nilai percepatan maksimum (PGA) yaitu 0,15g. Hasil simulasinya (lihat

Lampiran E) dibuat dalam bentuk tabel (Tabel 4.2) dengan tinggi lereng terendah yang didapat

yaitu 0,8 m dan 30 m sebagai titik lereng tertinggi pada kondisi lereng kritis (FK≈1). Tabulasi

inipun dibuat dalam bentuk grafik (Gambar 4.5).

Hasil simulasi selanjutnya dilakukan pada lereng dengan kondisi adanya percepatan

gempabumi dengan nilai percepatan maksimum (PGA) yaitu 0,20g. Hasil simulasinya (lihat

Lampiran E) dibuat dalam bentuk tabel (Tabel 4.3) dengan tinggi lereng terendah yang didapat

yaitu 0,75 m dan 13 m sebagai titik lereng tertinggi pada kondisi lereng kritis (FK≈1). Hasil

tabulasi dibuat dalam bentuk grafik (Gambar 4.6).

Gambar 4.4. Grafik hubungan tinggi lereng terhadap sudut lereng yang merupakan hasil simulasi lereng dengan kondisi tanpa PGA.

55  

Tabel 4.3. Hasil simulasi lereng dengan kondisi adanya PGA 0,20g

Sudut (⁰)  Tinggi (m)  FK  Model Keruntuhan 

90  0.75  1.039  Toe Failure

80  0.9  1.052  Toe Failure

70  1.1  1.044  Toe Failure

60  1.4  1.020  Toe Failure

50  1.8  1.015  Toe Failure

40  2.4  1.013  Toe Failure

30  4  1.001  Toe Failure

Sudut (⁰)  Tinggi (m)  FK  Model Keruntuhan 

90  0.8  1.068  Toe Failure

80  1  1.041  Toe Failure

70  1.3  1.004  Toe Failure

60  1.6  1.012  Toe Failure

50  2  1.032  Toe Failure

40  2.9  1.008  Toe Failure

30  5.2  1.001  Toe Failure

20  30  1.009  Slope Failure

Gambar 4.5. Grafik hubungan tinggi lereng terhadap sudut lereng yang merupakan hasil simulasi lereng dengan kondisi PGA 0,15g. 

Tabel 4.2. Hasil simulasi lereng dengan kondisi adanya PGA 0,15g.

56  

20  13  1.010  Slope Failure

 

Gambar 4.6. Grafik hubungan tinggi lereng terhadap sudut lereng yang merupakan hasil simulasi lereng dengan kondisi PGA 0,20g.

4.5. DISKUSI DAN ANALISIS Dari ketiga grafik di atas, maka dapat diketahui adanya perubahan ketinggian lereng

terhadap variasi sudut lereng dengan kondisi lereng kritis (FK≈1) pada tanah hasil pelapukan

tuf lapili mencerminkan model grafik yang mengikuti pola eksponensial negatif.

Model analisis kestabilan lereng dari ketiga grafik tersebut digabungkan, maka dapat

diketahui adanya perubahan nilai kestabilan lereng yang ditunjukan oleh penurunan nilai

tinggi lereng karena adanya percepatan tanah maksimum yang diakibatkan oleh gempabumi,

seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.7. Penurunan tinggi lereng ini dapat mencapai 40%

pada kondisi PGA 0,15g dan 70% pada kondisi PGA 0,20g.

Model grafik ini menggunakan asumsi model lereng yang dibuat yaitu materialnya

homogen, dan jenis lerengnya adalah lereng tunggal (single slope). Model ini masih belum

memperhitungkan kondisi-kondisi yang lain seperti adanya keheterogenan material (berupa

jenis-jenis mineral penyusun, ukuran butir, bentuk dan pemilahannya), dan derajat pelapukan

57  

dari tanah itu sendiri. Model inipun belum memperhitungkan kondisi lingkungan di sekitar

lereng seperti adanya vegetasi, tingkat pelapukan, dan air tanah.

Gambar 4.7. Grafik hubungan tinggi lereng dan sudut lereng pada ketiga kondisi yang menunjukan adanya model

penurunan kestabilan lereng yang ditunjukan oleh penurunan tinggi lereng.

Khusus untuk sudut 10º tidak didapatkan tinggi lereng dengan kondisi FK≈1 karena

dari simulasi pada sudut tersebut didapatkan hasil yang menunjukkan bahwa lereng tersebut

stabil (tidak ada potensi runtuh) dengan tinggi lereng yang tidak terbatas (unlimited slope).

4.6. REKOMENDASI HASIL PENELITIAN

Model penurunan tinggi lereng ini dapat dijadikan sebagai model acuan untuk

pemotongan lereng baik untuk pembuatan jalan, perumahan dan penambangan (penambangan

pasir maupun bahan galian “C” lainnya). Dari model grafik ini dapat diketahui geometri lereng

(tinggi lereng dan sudut lereng) baik pada kondisi tanpa adanya percepatan tanah (tanpa PGA)

ataupun bila ada kejadian gempabumi yang kemudian menghasilkan percepatan tanah yang

58  

dapat mengganggu kestabilan lereng. Dari hasil grafik ini dapat diminimalisir kerugian akibat

longsor yang diakibatkan oleh adanya percepatan gempabumi.