Studi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan

STUDI PENGARUH INFILTRASI AIR HUJAN TERHADAP KESTABILAN LERENG HasrullahAbstrak : Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh infiltrasi air hujan terhadap perubahan parameter tanah yang meliputi: kadar air (), derajat kejenuhan (Sr), angka pori (e), kohesi (c), tegangan air pori negatif (-u w) dan sudut geser dalam ( ) serta mengukur koefisien permeabilitas (kw).Tanah yang diteliti adalah tanah tidak terganggu (undisturbed) dengan kondisi kadar air tertentu yang kemudian dihujani selama 1 jam, 1,5 jam sampai 2 jam. Setelah dihujani kemudian dilakukan uji geser, uji kadar air, uji tegangan air pori negatif dengan kertas filter Whatman No.42. Sedangkan uji infiltrasi dilakukan dengan menggunakan alat uji Kolom Infiltrasi, dan untuk menghitung koefisien permeabilitas tanah digunakan rumus Darcy. Dari hasil percobaan menunjukkan akibat infiltrasi air hujan menyebabkan terjadinya perningkatan kadar air, derajat kejenuhan tanah dan angka pori. Semakin lama hujan, semakin besar peningkatannya. Sedangkan pada tegangan air pori negatif, kohesi dan sudut geser dalamnya, akibat adanya infiltrasi air justru mengalami penurunan. Semakin lama infiltrasi dilakukan semakin besar penurunannya bahkan pada saat tanah dalam kondisi jenuh, tegangan air pori negatif dan sudut geser dalam tanah akan hilang. Pada setiap kedalaman menpunyai koefisien permeabilitas yang berbeda-beda tergantung karakteristik dan sifat tanahnya. Dari hasil pengukuran parameter tanah, dibuat simulasi numerik untuk melihat angka keamanan pada lereng dengan tinggi 10 m, 15 m, dan 20 m, dengan variasi kemiringan lereng 1/1 dan 2/1. Faktor keamanan lereng dihitung dengan menggunakan program SLOPE/W. Hasil simulasi menunjukkan pada tinggi lereng 10 m dengan kemiringan lereng 1/1 menpunyai angka keamanan lebih dari 1, sedangkan pada kemiringan lereng 2/1 menpunyai angka keamanan kurang dari 1. Selanjutnya untuk tinggi lereng 15 meter dan 20 meter dengan kemiringan lereng 1/1 mempunyai angka keamanan yang kurang dari 1 demikian juga dengan kemiringan lereng 2/1 angka keamanannya juga kurang dari 1. Dari hasil tersebut, bisa disimpulkan bahwa tinggi lereng, sudut kemiringan lereng dan lama hujan mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap stabilitas lereng tanggul. Kata kunci: Infiltrasi air, parameter tanah, pembasahan, SLOPE/W, stabilitas lereng.

Bila kita cermati kejadian-kejadian yang berhubungan dengan peristiwa kelongsoran tanah terutama pada lereng atau tanggul sungai, maka dapat ditarik suatu hubungan antara hujan-banjir dan longsor. Umumnya peristiwa tanah longsor tersebut terjadi pada pertengahan atau akhir musim penghujan. Hal ini disebabkan pada saat itu kapasitas infiltrasi mencapai minimum karena sebagian besar pori terisi air. Sehingga menarik untuk dikaji hubungan antara hujan dan longsor terutama yang terjadi pada lereng atau tanggul. Pada saat tertentu, kondisi tanggul sungai masih kadang berfungsi dengan baik (sepenuhnya) namun kondisi keandalan tanggul belum tentu baik, mungkin sudah sangat menurun atau bahkan sudah kritis. Banyak tanggul yang mengalami kelongsoran secara tiba tiba, sehingga membahayakan kehidupan masyarakat sekitar. Menurunnya fungsi pelayanan tanggul dikarenakan seringnya terjadi banjir dan semakin meningkat dari tahun ketahun akibat perubahan musim. Disamping akibat banjir, keretakan tanah pada musim kemarau yang cukup lebar, juga menyebabkan tanggul menjadi rawan longsor. Pengaruh air hujan terutama pada permukaan atas tanggul mengakibatkan naiknya kadar air melalui rembesan air langsung di permukaan, maupun rembesan yang masuk melalui celah celah retakan tanah. Ketika tanah menjadi jenuh, maka tanahHasrullah adalah Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Borneo Tarakan

JURNAL ILMU-ILMU TEKNIK - SISTEM , Vol. 5 No.2

2

akan kehilangan semua tambahan kekuatan geser yang yang berasal dari tekanan air negatif, sehingga hal ini mengakibatkan tanah menjadi tidak stabil dan mudah longsor. Masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini mencakup beberapa hal sebagai berikut: 1. Bagaimana pengaruh infiltrasi air hujan kedalam tanah terhadap tegangan air pori negatif, perubahan sifat fisik tanah yaitu kadar air (w), angka pori (e), derajat kejenuhan (Sr) dan parameter kuat geser tanah yaitu kohesi (c), sudut geser dalam () pada percobaan geser langsung (direct shear test) dan unconfined test. 2. Bagaimana perubahan koefisien permeabilitas tanah (kw) akibat infiltrasi air hujan kedalam tanah pada berbagai kondisi kadar air yang berbeda. Adapun tujuan utama dilakukannya penelitian ini adalah: 1. Untuk mengetahui pengaruh infiltrasi air hujan kedalam tanah terhadap tegangan air pori negatif (suction), perubahan sifat fisik tanah yaitu kadar air (w), angka pori (e), derajat kejenuhan (Sr) dan parameter kuat geser tanah 2. Untuk mengetahui pengaruh infiltrasi air hujan terhadap perubahan tegangan air pori negatif (suction). 3. Untuk mengetahui pengaruh infiltrasi air hujan terhadap angka keamanan (safety factor) stabilitas tanggul dengan disertai simulasi model dengan bantuan program Geoslope. 4. Untuk mengetahui perubahan kecepatan rembesan air dalam tanah tak jenuh (w) akibat infiltrasi air hujan pada tanah, serta koefisien permeabilitas untuk berbagai kondisi kadar air tanah yang berbeda. METODE PENELITIAN Penelitian laboratorium yang dilakukan merupakan serangkaian kegiatan antara lain : uji sifat fisik tanah, dan uji sifat mekanik. Benda uji yang berupa tanah tak terganggu (undisturbed), Setelah mendapatkan benda uji dengan kadar air tertentu kemudian benda uji dihujani dengan 4 (empat) variasi lama hujan yaitu: 0,5 jam, 1 jam, 1,5 jam, dan 2 jam. Selanjutnya pengukuran tegangan air pori negative (suction) pada contoh tanah, digunakan metode kertas filter dengan kertas filter type Whatman 42. Sedangkan untuk mengetahui karakteristik kuat geser digunakan alat Direct Shear Test dan Unconfined Test. Keseluruhan kegiatan penelitian ini dilakukan di Laboratorium HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Sifat Fisik Tabel 1. Hasil uji sifat fisik tanahJenis Pengujian Konsistensi 1 2 3 Batas Cair (LL) Batas Plastis (PL) Indeks Plastis (PI) % % %%

Satuan

Hasil Pengujian ditiap-tiap Kedalaman 4.5 - 5 m 9.5 - 10 m 14.5-15 m 19.5 - 20 m 24.5-25 m 29.5-30 m

75.41 25.27 50.142.994 21.8

85.97 25.97 602.837 22.43

48.38 15.92 32.462.848 47.65

71.77 26.83 44.942.868 42.5

51.27 15.4 35.873.479 34.5

56.62 25.96 30.662.773 43.61

Gravimetri dan Volumetri 1 Specifik Gravity, Gs 2 Kadar Air, w

bersambung.......

Studi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng


3

...sambungan3 4 5 6 1 2 3 4 5 Berat Volume Tanah, Berat Volume Volume Kering, d Angka Pori, e Derajat Kejenuhan, Sr Analisa Saringan dan Hidrometer Fraksi Kerikil (Gravel) Fraksi Pasir (Sand) Fraksi Lanau (Silt) Fraksi Lempung (clay) Indeks Kelompok (GI) gr/cm3 gr/cm3 % % % % % % 1,4 1.49 0.657 35.611 0 12.6 32.53 54.87 28.44 1.94 1.59 0.788 80.844 0 32.6 23.27 44.14 40.14 1.62 1.1 1.594 85.184 0 1.17 19.55 79.28 34.27 1.2 1.71 1.395 88.064 0 0.09 31.38 68.58 53 1.72 1.28 1.684 72.180 1.66 9.64 49.48 39.22 32.83 1.71 1.19 1.335 90.666 1.1 3.59 22.36 72.95 33.66

Pengaruh Proses Penghujanan Terhadap Perubahan Parameter Sifat Fisik Tanah Perubahan Kadar Air Benda Uji Akibat Infiltrasi Air Setelah mengalami proses penghujanan maka kadar air tanah mengalami perubahan seperti pada gambar grafik berikut, dimana proses penghujanan benda uji mempunyai pola yang sama dengan pembasahan yaitu mengakibatkan kadar air tanah mengalami kenaikan Pada gambar 1 menunjukkan perubahan kadar air benda uji setelah dihujani dari 0.5 jam sampai 2 jam pada masing-masing kedalaman. Setelah di basahi dari 0.5 jam sampai 2 jam, kadar air tanah dikedalaman 15 meter yang berupa tanah lempung yang lunak menpunyai kadar air tanah yang paling besar diantara tanah yang lainnya. Hal ini terkait dengan sifat lempung yang lebih mudah lagi mengikat air0

Grafik Hubungan Kadar Air vs Kedalaman Akibat Penghujanan pada Tanah Kanor BH-2 (Kondisi Initial)0 -5 K edalaman (m) -10 -15 -20 -25 -30 -35 Kadar Air, wc (%)4.5 - 5 m (Hujan 0.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 1.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 0.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 1.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 1 jam) 9.5-10 m (Hujan 2 jam) 19.5-20 m (Hujan 1 jam) 24.5-25 m (Hujan 2 jam) 4.5-5 m (Hujan 1.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 0.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 1.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 0.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 2 jam) 14.5-15 m (Hujan 1 jam) 19.5-20 m (Hujan 2 jam) 29.5-30 m (Hujan 1 jam) 9.5-10 m (Hujan 0.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 1.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 0.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 1.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 1 jam) 14.5-15 m (Hujan 2 jam) 24.5-25 m (Hujan 1 jam) 29.5-30 m (Hujan 2 jam) 36.11, -25 45.05, -20

0

1

- Pasir lanau berlempung, Berw arna coklat, Very lo ose to loose, SPT = 74.5 m -5 Pasir le mpung berlanau, berwarna coklat, very loose to loose, SPT= 8 -10

20

23.52, -5 23.41, -10

25

3027.68, -5

3532.68, -10

40

45

50

55

60

65

K e d a la m a n (m )

50.13, -15 56.15, -20

60.91, -15

Lempung, berwarna cokla t, soft relative density, SPT = 3

-15

43.21, -25 45.32, -30 55.56, -30

Lempung, berwarna abu-abu, medium relative density, SPT = 7

-20

Lempung berpasir, berwarna abu-abu, stiff, SPT = 12 -25

Lempung , berw arna abu-abu, stiff relative density , SPT = 10 - 12 -30

Gambar 1. Hubungan antara kadar air dengan kedalaman akibat infiltrasi air Pengaruh Infiltrasi Air Terhadap Derajat Kejenuhan Adanya infiltrasi air hujan pada tanah, mengakibatkan perubahan kadar air benda uji. Bila kadar air berubah maka pada umumnya derajat kejenuhan tanah juga mengalami perubahan. Suatu massa tanah terdiri dari butiran tanah dan ruang pori diantara butiran tanah. Dimana ruang pori ini dapat terisi oleh air atau udara atau gabungan antara keduanya. Bila seluruh ruang pori terisi oleh air maka massa tanah berada pada kondisi jenuh. Sedangkan bila sebagian ruang pori ditempati oleh air dan sisanya terisi udara maka tanah dalam kondisi tidak jenuh.



4

Grafik Hubungan Derajat Kejenuhan vs Kedalaman Akibat Penghujanan Tanah Kanor BH-2 (Kondisi Initial)0 20 -5 K edalaman (m) -10 -15 -20 -25 -30 -35 Derajat Kejenuhan, Sr (% )4.5 - 5 m (Hujan 0.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 1 jam) 14.5-15 m (Hujan 1.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 2 jam) 29.5-30 m (Hujan 0.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 1 jam) 9.5-10 m (Hujan 1.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 2 jam) 24.5-25 m (Hujan 0.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 1 jam) 4.5-5 m (Hujan 1.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 2 jam) 19.5-20 m (Hujan 0.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 1 jam) 29.5-30 m (Hujan 1.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 2 jam) 14.5-15 m (Hujan 0.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 1 jam) 24.5-25 m (Hujan 1.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 2 jam) 9.5-10 m (Hujan 0.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 1 jam) 19.5-20 m (Hujan 1.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 2 jam) 75.140, -25

0 0 1

- Pasir lanau berlempung, Berwarna coklat, Very loose to loose, SPT = 74.5 m -5 Pasir lempung berlanau, berw arna coklat, very loose to loose, SPT= 8

3037.060, -5

4041.135, -5

50

60

70

80

90

100

83.791, -10

90.971, -10 96.276, -15 88.567, -15

-10

K e d a la m a n (m )0 0

Lempung, berw arna coklat, soft relative density, SPT = 3 -15

92.815, -20 100, -20 87.702, -25 100, -30 94.959, -30

Lem pung, berwarna abu-abu, m edium relative density, SPT = 7 -20

Lem pung berpasir, berwarna abu-abu, stiff, SPT = 12 -25

Lempung , berwarna abu-abu, stiff relative density , SPT = 10 - 12 -30

Gambar 2. Grafik Hubungan antara derajat kejenuhan dengan kedalaman akibat infiltrasi air

Pengaruh Infiltrasi Air Terhadap Angka Pori Dari gambar 3 terlihat adanya perubahan angka pori dengan bertambahnya kadar air akibat adanya infiltrasi air hujan. Ini menunjukkan bahwa, terjadi perubahan volume dimana tanah akan mengembang dengan bertambahnya kadar air, Perubahan angka pori yang terjadi pada tanah lempung yang banyak terdapat pada tanah dikedalaman 15 sampai 30 meter pada lokasi ini menpunyai angka pori yang besar pada kondisi initialnya. Pada kondisi ini tanah sudah banyak mengandung air dalam pori-pori tanahnya, dimana dengan adanya air dalam pori tanah akan menyebabkan jarak antar butiran tanah akan menjadi lebih jauh, bidang geser antar partikel tanah lebih besar sehingga tanah akan mengembang. Sedangkan pada tanah pasir berlanau yang terdapat dalam tanah dikedalaman 5 meter dan 10 meter, kandungan air dalam tanah lebih kecil karena sifat pasir dan lanau yang kurang menyerapa air pada permukaan partikel tanahnya, sehingga angka pori juga kecil dan perubahan volume yang terjadi akibat adanya air tidak menyebabkan tanah mengembang.Grafik Hubungan Angka Pori vs Kedalaman Akibat Penghujanan Tanah Kanor BH-2 (Kondisi Initial)4.5 m 1

- Pasir lanau berlempung, Berw arna coklat, Very loose to loose, SPT = 7-5

0 -5 0.60.712, -5 0.812, -10

0.8

10.891, -5 0.995, -10

1.2

1.4

1.6

1.8

2-10

Pasir lempung berlanau, berw arna coklat, very loose to loose, SPT= 8

-15 -20 -25 -30 -351.397, -30 1.406, -20

1.612, -15 1.452, -20 1.715, -25

1.789, -15


Kedalaman (m)

-10

Lempung, berw arna coklat, soft relative density, SPT = 3 -15

1.914, -25 1.425, -30

Lempung, berwarna abu-abu, medium relative density, SPT = 7 -20

Lempung berpasir, berwarna abu-abu, stiff, SPT = 12

Angka Pori, e4.5 - 5 m (Hujan 0.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 1 jam) 14.5-15 m (Hujan 1.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 2 jam) 29.5-30 m (Hujan 0.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 1 jam) 9.5-10 m (Hujan 1.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 2 jam) 24.5-25 m (Hujan 0.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 1 jam) 4.5-5 m (Hujan 1.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 2 jam) 19.5-20 m (Hujan 0.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 1 jam) 29.5-30 m (Hujan 1.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 2 jam) 14.5-15 m (Hujan 0.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 1 jam) 24.5-25 m (Hujan 1.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 2 jam) 9.5-10 m (Hujan 0.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 1 jam) 19.5-20 m (Hujan 1.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 2 jam)

-25

Lempung , berw arna abu-abu, stiff relative density , SPT = 10 - 12 -30

Gambar 3. Grafik hubungan antara Angka Pori dengan Kedalaman akibat infiltrasi air hujan

Pengaruh Infiltrasi Air Terhadap Tegangan Air Pori Negatif Pada saat proses penghujanan dilakukan, tegangan air pori negatif tanah mengalami penurunan. Tegangan air pori negatif atau suction ini hanya ada pada tanah yang kohesif yaitu tanah yang mengandung lempung. Pada tanah di kedalaman 15 meter sampai 30 meter yang menpunyai kadar lempung lebih besar terjadi penurunanStudi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng


5

tegangan air pori negatifnya yang lebih besar dibandingkan pada tanah dikedalaman 5 dan 10 meter. Dengan adanya peningkatan kadar air pada tanah menyebabkan banyaknya air yang mengisi ruang pori, sedangkan volume pori tidak mengalami perubahan, sehingga tekanan air pada permukaan tanah akan berkurang.Grafik Hubungan Tegangan Air Pori Negatif vs Kedalaman Akibat Penghujanan Tanah Kanor BH-2 (Kondisi Initial)0 0 -5 K ed alaman (m) -10 -15 -200, -20 8.214, -5

0 0 1

- Pasir lanau berlempung, Berwarna coklat, Very loose to loose, SPT = 74.5 m -5

10

2013.215, -5

30

40

50

60

70

80

90

100Pasir lempung berlanau, berwarna coklat, very loose to loose, SPT= 8

9.796, -10 18.358, -15

17.267, -10

-10

K e d a la m a n ( m )

95.125, -15 59.659, -20

Lempung, berwarna coklat, soft relative density, SPT = 3

-15

-25 -30 -350, -30

16.211, -25 98.691, -25 85.143, -30

Lempung, berwarna abu-abu, m edium relative density, SPT = 7

-20

Lempung berpasir, berw arna abu-abu, stiff, SPT = 12

Tegangan Air Pori Negatif, -Uw (kPa)4.5 - 5 m (Hujan 0.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 1 jam) 14.5-15 m (Hujan 1.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 2 jam) 29.5-30 m (Hujan 0.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 1 jam) 9.5-10 m (Hujan 1.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 2 jam) 24.5-25 m (Hujan 0.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 1 jam) 4.5-5 m (Hujan 1.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 2 jam) 19.5-20 m (Hujan 0.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 1 jam) 29.5-30 m (Hujan 1.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 2 jam) 14.5-15 m (Hujan 0.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 1 jam) 24.5-25 m (Hujan 1.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 2 jam) 9.5-10 m (Hujan 0.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 1 jam) 19.5-20 m (Hujan 1.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 2 jam)

-25

Lempung , berw arna abu-abu, stif f relative density , SPT = 10 - 12 -30

Gambar 4. Grafik hubungan antara Tegangan Air Pori Negatif dengan Kedalaman akibat infiltrasi air hujan Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kohesi Pada awal penghujan dimana tanah masih dalam kondisi tidak jenuh, nilai kohesi masih cukup besar, walaupun proses penghujanan sudah mulai diberikan. Dalam hal ini, ikatan antar butiran tanah masih kuat, karena air yang diberikan dalam proses penghujanan belum sepenuhnya mengisi seluruh ruang pori antar butiran. Namun, bila proses penghujanan berlanjut, maka jarak antar butiran tanah akan semakin menjauh seiring dengan peningkatan jumlah air yang mengisi rongga pori tanah, sampai tanah berada dalam kondisi jenuh. Pada kondisi hampir jenuh ini, air dapat merusak struktur butiran tanah, dimana susunan partikel tanah yang awalnya lebih terkunci menjadi pecah, adanya air juga menyebabkan antar butir partikel tanah menjadi mudah tergelincir.Grafik Hubungan Kohesi vs Kedalaman Akibat Penghujanan Tanah Kanor BH-2 (Kondisi Initial)0 0 -5 Kedalaman (m) -10 -15 -20 -25 -30 -35 Kohesi, c (kPa)4.5 - 5 m (Hujan 0.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 1 jam) 14.5-15 m (Hujan 1.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 2 jam) 29.5-30 m (Hujan 0.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 1 jam) 9.5-10 m (Hujan 1.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 2 jam) 24.5-25 m (Hujan 0.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 1 jam) 4.5-5 m (Hujan 1.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 2 jam) 19.5-20 m (Hujan 0.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 1 jam) 29.5-30 m (Hujan 1.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 2 jam) 14.5-15 m (Hujan 0.5 jam) 19.5-20 m (Hujan 1 jam) 24.5-25 m (Hujan 1.5 jam) 29.5-30 m (Hujan 2 jam) 9.5-10 m (Hujan 0.5 jam) 14.5-15 m (Hujan 1 jam) 19.5-20 m (Hujan 1.5 jam) 24.5-25 m (Hujan 2 jam) 0.712, -30 0.721, -15

0 0 1

- Pasir lanau berlempung, Berwarna coklat, Very loose to loose, SPT = 74.5 m -5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2413.539, -5 21.682, -5

Pasir lempung berlanau, berwarna coklat, very loose to loose, SPT= 813.823, -10 23.865, -10

-10


Lempung, berwarna coklat, soft relative density, SPT = 3 -15

0.946, -20

15.856, -25 22.854, -25

Lempung, berwarna abu-abu, m edium relative density, SPT = 7 -20

Lempung berpasir, berw arna abu-abu, stiff, SPT = 12 -25

Lempung , berw arna abu-abu, stif f relative density , SPT = 10 - 12 -30

Gambar 5. Grafik hubungan antara Kohesi dengan Kedalaman akibat infiltrasi air Pengaruh Infiltrasi Air Terhadap Sudut Geser Dalam Peningkatan kadar air yang mengisi ruang pori tanah yang mengakibatkan jarak antar butiran tanah semakin bertambah. Pada kedalaman 5 m, 10m, peningkatan kadar air akibat infiltrasi air hujan, belum sepenuhnya menghilangkan kekuatan gesernyaStudi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng


6

karena derajat kejenuhannya belum sampai pada kondisi jenuh. Sebaliknya pada tanah kedalaman 15 m , 20 m, 25 dan 30 m, sudut geser dalamnya nol (=0), namun kuat geser tanah dengan kandungan lempung yang besar dimana kekuatan geser (qu) sangat kecil. Karena ruang pori hampir seluruhnya terisi air sehingga jarak antar butiran menjadi jauh dan mudah lepas.Grafik Hubungan Sudut Geser Dalam vs Kedalaman Akibat Penghujanan Tanah Kanor BH-2 (Kondisi Initial)0 20 -521.336, -5

0 0 1

- Pasir lanau berlempung, Berw arna coklat, Very loose to loose, SPT = 74.5 m -5

25

3030.965, -5

35

40

45

50

55Pasir lempung berlanau, berw arna coklat, very loose to loose, SPT= 8

Kedalaman (m)

53.258, -10

-15 -20 -25 -3045.337, -25 53.351, -25


-10

45.125, -10

-10

Lempung, berw arna coklat, soft relativ e density, SPT = 3 -15

Lempung, berwar na abu-abu, medium relative density, SPT = 7 -20

Lempung ber pasir, berwar na abu-abu, stiff, SPT = 12

-35 Sdt Geser Dalam, (derajat)4.5 - 5 m (Hujan 0.5 jam) 9.5-10 m (Hujan 0.5 jam) 24.5 -25 m (Hujan 0 .5 jam) 4.5 -5 m (Hujan 1 jam) 9.5 -10 m (Hujan 1 jam) 24.5-25 m (Hujan 1 jam) 4.5 -5 m (Hujan 1.5 jam) 9.5 -10 m (Hujan 1 .5 jam) 24 .5-25 m (Hujan 1.5 jam) 4.5-5 m (Hujan 2 jam) 9.5-10 m (Hujan 2 jam) 24 .5-2 5 m (Hujan 2 jam)

-25

Lempung , berw arna abu-abu, stiff relative densit y , SPT = 10 - 12 -30

Gambar 6.

Grafik hubungan antara Sudut geser dalam dengan Kedalaman akibat infiltrasi air hujan

Percobaan Pengukuran Kecepatan Rembesan Air Tanah tidak Jenuh dengan Kolom Infiltrasi Koefisien permeabilitas tanah tidak jenuh dicoba didekati dengan menggunakan alat kolom infiltrasi. Alat ini bekerja dengan menggunakan prinsip listrik. Benda uji tanah dengan kadar air tertentu dimasukkan dalam tabung, kemudian simulasikan hujan yaitu dengan memberikan air pada benda uji dengan lama hujan tertentu. Alat Uji Kolom Infiltrasi Alat ini bekerja berdasarkan pada prinsip kerja medan listrik. Suatu tabung berisi sample tanah diberi sensor listrik di sekelilingnya, kemudian hujan diberikan pada intensitas dan lama tertentu. Pada perubahan waktu tertentu akibat adanya pergerakan air maka sensor akan membaca perubahan kadar air tanah. Secara lebih jelas model alat kolom infiltrasi dan cara bekerjanya alat dapat dilihat pada gambar berikut :uka air dengan tinggi bervariasi t er gantung dari Intensitas dan lam a hujan Sensor listrik diberi 1 pasang dengan jar ak 2 cm , tiap sisi K er tas Filter Sam pel t an ah tinggi 10 cm , diam eter 6 cm

K olom Si linder

Por ous Ston e

B ak Penam pung

Gambar 7. Detail Alat Kolom Infiltrasi Percobaan dilakukan sebagai berikut : Catat pembacaan tahanan pada sensor 1 pada RCL meter secara periodik. Pembacaan dihentikan bila dalam waktu tertentu tidak terjadi perubahan tahanan atau air sudah keluar dengan debit yang konstan dari kolom infiltrasi. Hasil pembacaan tahanan diolah untuk mendapatkan data kecepatan infiltrasi air dalam tanah.



7

Pengujian dilakukan dengan cara menghujani benda uji dengan waktu 0,5 jam. Tinggi air yang dipakai berdasarkan volume yang diberikan dalam proses penghujanan, hal ini adalah representasi dari hujan dengan intensitas 80 mm/hari (jika dalam satu hari rata-rata terjadinya hujan selama 4 jam, maka intensitasnya adalah 20 mm/jam, sehingga volume yang diberikan adalah R2.0,01 m . Dimana R adalah jari-jari kolom infiltrasi). Hasil pengujian resistivitas terhadap tanah ditiap-tiap kedalaman selanjutnya dipakai untuk menentukan kecepatan rembesan air yang mealui pori-pori tanah a. Kedalaman 4.5 5 mResisitivitas .cm) (k5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650

Waktu (Detik)

Gambar 8. Grafik Resistivitas tanah kedalaman 4.5 - 5 meter Pada tanah kedalaman 4.5 - 5 meter, kadar air pada kondisi initial sebesar 21.80 % dengan kandungan lempung 54.87 %. Pada gambar terlihat untuk kondisi inisial telah terpengaruh oleh air. Hal ini terlihat dari menurunnya harga resistivitas dari keadaan awal. Setelah penghujanan selama 600 detik (10 menit) harga resistivitas relatif stabil, yang berarti pada waktu ini tanah telah jenuh air. Terlihat untuk kondisi inisial harga resistivitas di tiap-tiap elektroda bervariasi, dimana setelah penghujanan selama 0,5 jam harga 1 dan 2 telah terpengaruh oleh air. Hal ini terlihat dari turunnya harga resistivitas dari keadaan awal. Selanjutnya perubahan harga untuk 1 dan 2 relatif stabil, sedangkan 3 sudah mengalami perubahan dari keadaan awal. Selanjutnya untuk kondisi pembasahan 50 %, hal yang sama terjadi dimana tanah sudah mengalami jenuh sebagian yang ditandai dengan kecilnya nilai resisitivitas awalnya. Dengan penambahan air pada tanah melalui proses penghujanan, nilai resistivitasnya cenderung tidak berubah dimana tanah lebih cepat mencapai kondisi jenuh. b. Kedalaman 9.5 10 m Pada tanah kedalaman 9.5 - 10 meter, kadar air pada kondisi initial sebesar 22.43 % dengan kandungan lempung 44.14 % dan pasir 32.60%. Pada kondisi awal nilai resistivitas cukup besar. Setelah dilakukan penghujanan terlihat menurunnya harga resistivitas dari keadaan awal. Setelah penghujanan selama 500 detik harga resistivitas relatif stabil, yang berarti pada waktu ini tanah telah jenuh air.2.0

Resisitivitas (k cm)

1.5 1.0 0.5 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650

Waktu (Detik)

Gambar 9. Grafik Resistivitas tanah kedalaman 9.5 - 10 meterStudi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng


8

c. Kedalaman 14.5 15 m Pada tanah kedalaman 14.5 - 15 meter, kadar air pada kondisi initial sebesar 47.65 % dengan kandungan lempung 79.28 % dan pasir 1.17%. Pada kondisi awal nilai resistivitas yang ditunjukkan kecil, hal ini disebabkan kadar air initial tanah memang cukup besar yang disebabkan karena adanya lempung yang bersifat mengikat air dimana air memiliki nilai resistivitas yang rendah. Setelah dilakukan penghujanan terlihat menurunnya harga resistivitas dari keadaan awal. Setelah penghujanan bebrapa lama nilai resistivitas relatif stabil, yang berarti pada waktu ini tanah telah jenuh air.Resisitivitas (k cm) .0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Waktu (Detik)

Gambar 10. Grafik Resistivitas tanah kedalaman 14.5 - 15 meter d. Kedalaman 19.5 20 m Pada tanah kedalaman 19.5 - 20 meter, kadar air pada kondisi initial sebesar 42.50 % dengan kandungan lempung 68.58 %. Pada kondisi awal nilai resistivitas yang ditunjukkan sangat kecil dibanding tanah yang sama dikedalaman 14.5 15 m, hal ini disebabkan kadar air initial tanah dikedalaman ini memang lebih besar, ditambah karena adanya lempung yang bersifat mengikat air sehingga pori-pori tanah lebih banyak terisi air, dimana air memiliki nilai resistivitas yang rendah. Setelah dilakukan penghujanan terlihat nilai resistivitas tidak banyak berubah dari keadaan awal. Setelah penghujanan beberapa lama nilai resistivitas relatif stabil, yang berarti pada waktu ini tanah telah jenuh air.Resisitivitas (k.cm0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400

Waktu (Detik)

Gambar 11. Grafik Resistivitas tanah kedalaman 19.5 - 20 meter e. Kedalaman 24.5 25 m Pada tanah kedalaman 24.5 - 25 meter, kadar air pada kondisi initial sebesar 34.50 % dengan kandungan lempung 39.22 %, pasir 9.64% dan kerikil 1.66%. PadaStudi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng


9

kondisi awal nilai resistivitas yang ditunjukkan juga kecil, hal ini disebabkan kadar air initial tanah dikedalaman ini termasuk besar, ditambah karena adanya lempung yang bersifat mengikat air dan adanya pasir dan kerikil sehingga angka pori tanah besar menyebabkan pori-pori tanah lebih banyak terisi air, dimana air memiliki nilai resistivitas yang rendah. Setelah dilakukan penghujanan terlihat nilai resistivitas berkurang dan beberapa lama nilai resistivitas relatif stabil, yang berarti pada waktu ini tanah telah jenuh air.0.5

Resisitivitas (Ohm.cm)

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Waktu (Detik)

Gambar 12. Grafik Resistivitas tanah kedalaman 24.5 - 25 meter f. Kedalaman 29.5 30 m Pada tanah kedalaman 29.5 - 30 meter, kadar air pada kondisi initial sebesar 43.61 % dengan kandungan lempung 72.95 %, pasir 3.95% dan kerikil 1.10 %. Pada kondisi awal nilai resistivitas yang ditunjukkan kecil, hal ini disebabkan kadar air initial tanah dikedalaman ini termasuk besar, ditambah karena adanya lempung dalam persentase yang besar yang bersifat mengikat air menyebabkan pori-pori tanah banyak terisi air, karena air memiliki nilai resistivitas yang rendah maka nilai resistivitasnya kecil. Setelah dilakukan penghujanan terlihat nilai resistivitas berkurang dan beberapa lama nilai resistivitas relatif stabil, yang berarti pada waktu ini tanah telah jenuh air.

1.0

.cm) Resisitivitas (k

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Waktu (Detik)

Gambar 13. Grafik Resistivitas Tanah Kanor BH-2 kedalaman 29.5 - 30 meter



10

Tabel 2. Kecepatan Rembesan Air Tanah Tidak JenuhNo. 1 Lokasi Tanah Kanor BH-2 Kedalaman m 4.5 - 5 Kondisi Kadar Air (wc) % 21.8 34.07 41.07 22.43 27.11 33.11 47.65 51.16 59.83 42.5 45.79 51.15 34.5 38.25 51 43.61 49.52 54.56 Parameter Derajat Matric Kejenuhan Suction (Sr) % Ua - Uw 35.611 54.089 66.314 80.844 91.643 95.141 85.184 88.995 99.465 88.064 92.455 97.182 72.18 76.022 95.485 90.666 97.271 99.403 14.976 9.165 6.15 19.388 9.48 6.26 130.279 31.8 14.349 179.107 48.123 30.788 121.701 44.864 14.294 275.407 83.377 26.895 Kecepatan Rembesan (vw)cm/dtk 3.33E-03 4.17E-03 5.33E-03 3.70E-03 4.60E-03 5.33E-03 4.44E-03 7.84E-03 8.89E-03 6.67E-03 7.41E-03 8.33E-03 4.30E-03 4.55E-03 6.06E-03 2.47E-03 3.03E-03 4.04E-03

9.5 - 10

Awal (initial) Penghujanan 1 jam Penghujanan 2 jam Awal (initial) Penghujanan 1 jam Penghujanan 2 jam Awal (initial) Penghujanan 1 jam Penghujanan 2 jam Awal (initial) Penghujanan 1 jam Penghujanan 2 jam Awal (initial) Penghujanan 1 jam Penghujanan 2 jam Awal (initial) Penghujanan 1 jam Penghujanan 2 jam

14.5 - 15

19.5 - 20

24.5 - 25

29.5 - 30

Analisa Stabilitas Lereng dengan Program Geo-Slope Untuk memodelkan rembesan kedalam tanah akibat pengaruh hujan digunakan metode numerik, yaitu menggunakan SEEP/W dari Geo-Slope. Intensitas hujan diasumsikan sebesar 80 mm/hari dimana hujan dimodelkan selama 0.5 jam, 1 jam, 1.5 jam dan 2 jam. Kedalaman infiltrasi air hujan dapat di analisa dengan menggunakan progam ini. Pada tanah dan tanah lainnya yang sampel tanahnya diambil sampai kedalaman 30 meter dibuat bentuk geometri seperti pada gambar dibawah ini. Gambar grafik hasil analisa rembesan air pada lereng akibat hujan untuk kemiringan lereng 1/1 dapat dilihat pada gambar 14, sedangkan gambar pola keruntuhan lereng dengan kemiringan 2 / 1 pada gambar 15 dan 16. Angka Keamanan Lereng Dari hasil pengolahan data sifat fisis dan sifat mekanis tanah, maka dihitung angka keamanan stabilitas tanggul sungai untuk menghitung ke dalam rembesan digunakan metode numerik yaitu menggunakan program SEEP/W, kemudian program ini dihubungkan dengan program SLOPE/W untuk analisa keruntuhan tanggul sungai. Hasil perhitungan kemudian dituangkan dalam bentuk grafik hubungan antara angka keamanan dengan lama hujan. Pengaruh Tinggi dan Kemiringan Lereng terhadap Angka Keamanan Selain pengaruh perubahan kadar air dan derajat kejenuhan, kemiringan geometri lereng juga berpengaruh terhadap angka keamanan stabilitas lereng. Untuk dapat mengetahui pengaruh kemiringan lereng terhadap angka keamanan stabilitas lereng, maka dibuat simulasi pembasahan lereng dengan dua variasi kemiringan lereng yaitu kemiringan 1/1 dan kemiringan 2/1. Untuk masing-masing kemiringan dihitung angka keamanan lereng yang memiliki tinggi 10 meter, 15 meter dan 20 meter. Hasil perhitungan simulasi-simulasi ini kemudian digambarkan dalam bentuk grafik hubungan angka keamanan dengan tinggi lereng seperti terlihat pada gambar 17.Studi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng


11

(i)

Bentuk geometri tanggul

(ii) Model rembesan pada tanggul pada kondisi initial

(iii) Model rembesan pada tanggul setelah dihujani 1 jam

(iv) Model rembesan pada tanggul setelah dihujani 2 jam

Gambar 14. Model Rembesan Pada Tanah

(i) SF Kondisi Initial , kemiringan 1/1 ----SF=1.222

(ii) SF Kondisi Penghujanan 1 jam, kemiringan 1/1 SF=0.738

.----

(iii) SF Kondisi Penghujanan 2 jam, kemiringan 1/1 .----SF=0.357

Gambar 15. Pola Keruntuhan Lereng hasil perhitungan program Slope/W untuk masing-masing kondisi dengan kemiringan 1/1 (i)Initial, (ii) Penghujan 1 jam, (iii) Penghujanan 2 jam



12

(i) SF kondisi initial, kemiringan 2/1 ----SF=0.533

(ii) SF Kondisi Penghujanan 2 jam kemiringan 2/1 ----SF=0.507

(iii) SF Kondisi Penghujanan 2 jam, kemiringan 2/1 ----SF=0.196

Gambar 16. Pola Keruntuhan Lereng hasil perhitungan program Slope/W untuk daerah Kanor untuk masing-masing kondisi dengan kemiringan 2/1 (i)Initial, (ii) Penghujanan 1 jam, (iii) Penghujanan 2 jam1.51.5

A g aK a a a n k e mn n

A g aKa a a n k e mn n

1

1

0.5

0.5

0 5 10 15 Tinggi Le re ng (m ) Initial Hujan 1.5 Jam Hujan 0.5 Jam Hujan 2 Jam Hujan 1 Jam 20 25

0 5 10 15 Tinggi Le re ng (m ) 20 25

Initial Hujan 1.5 Jam

Hujan 0.5 Jam Hujan 2 Jam

Hujan 1 Jam

(a)

(b)

Gambar 17. Grafik hubungan antara angka keamanan dengan tinggi lereng akibat pengaruh lama hujan pada tanah, (a) Kemiringan 1/1, (b) Kemiringan 2/1 Gambar 17 merupakan grafik hubungan antara angka keamanan dengan tinggi lereng pada masing-masing lokasi tanggul, terlihat bahwa untuk lereng dengan kemiringan 1/1 menpunyai angka keamanan yang lebih besar daripada lereng dengan kemiringan 2/1. Hal ini disebabkan karena, untuk tinggi lereng yang sama, lereng dengan kemiringan 1/1 mempunyai berat yang lebih kecil dibandingkan dengan lereng dengan kemiringan 2/1. Simulasi model lereng diatas dibuat sederhana. Infiltrasi air hujan dimodelkan berhenti setelah hujan selesai, padahal kenyataan dilapangan air hujan akan terus masuk kedalam tanah beberapa lama setelah hujan berhenti, model tanggul dibuat sama untuk semua tempat dan kedalaman dan sebagainya. Penyederhanaan diatas akan memberikan pengaruh terhadap nilai angka keamanan lereng. Sehingga angka keamanan yangStudi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng


13

didapat dari simulasi lereng diatas belum dapat mewakili kondisi yang sebenarnya dilapangan. PENUTUP Kesimpulan Berdasarkan uraian dari hasil pembahasan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan antara lain 1. Dari hasil uji kolom infiltrasi didapatkan nilai koefisien permeabilitas tanah tidak jenuh (kw), untuk masing-masing kondisi kadar air tanah. Dari alat ini diperoleh pembacaan resistivitas tanah untuk berbagai kondisi kadar air yang berbeda. Semakin kecil kadar air dalam tanah, maka tanah mempunyai nilai resistivitas yang tinggi, yang berarti koefisien permeabilitasnya juga besar, demikian sebaliknya semakin besar kadar air, resistivitas tanah akan turun dan koefisien permeabilitas tanah akan semakin kecil. 2. Terjadi perubahan angka keamanan pada lereng akibat adanya infiltrasi air hujan kedalam tanah. Dari simulasi infiltrasi air terlihat perbedaan kedalaman penetrasi air kedalam tanah akibat variasi lama hujan. Semakin lama hujan, air akan berpenetrasi semakin dalam kedalam tanah. Sedangkan dari simulasi lereng, untuk tinggi lereng 10 meter menpunyai angka keamanan yang lebih besar daripada tinggi lereng 15 meter dan 20 meter. Dari simulasi juga menunjukkan semakin curam lereng, maka akan menyebabkan penurunanan angka keamanan yang lebih besar. Saran Berdasarkan situasi yang dialami penulis selama melakukan penelitian ini, maka disarankan: 1. Untuk menentukan parameter kuat geser pada tanah lempung sebaiknya diuji dengan Triaksial test, karena uji Unconfined kurang maksimal menentukan parameter kuat geser 2. Pengujian untuk kolom infiltrasi sebaiknya dilakukan secepatnya setelah pengambilan sampel di lapangan agar tidak terjadi perubahan kepadatan maupun kadar air tanah saat pengujian dilakukan. 3. Pada pengukuran tegangan air pori negatif, ukuran kertas filter sebaiknya representatif dengan ukuran tanah yang akan dites untuk mendapatkan hasil yang akurat. Sedangkan penimbangan kertas filter harus dilakukan segera setelah kertas filter dikeluarkan dari dalam benda uji untuk menghindari penguapan. DAFTAR RUJUKAN Das.,B.M. 1988. Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknik) Terjemahan oleh : Noor Endah Mochtar dan Indrasurya B. Mochtar. Jakarta: Erlangga. Fredlund, D.G dan Raharjo, H. 1993. Soil Mechanics for Unsaturated Soils. Singapore: John Wiley & Sons, Inc. Leong, E.C, dan Raharjo, H. 1997. Permeability Fungtion for Unsaturated Soils. Canadian Geotechnical Journal. Vol.33, pp.33-392. Muntaha, Moh. 2005. Studi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan Terhadap Kestabilan Lereng Tanah Lanau. Tesis M.T. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Vanapali, S. K, Fredlund, D.G, Pufahl, D.E, dan Clifton, A.W. 1996. Model for the Prediction of Strengt with Respect to Soil Suction. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 33, pp.33-392. Indarto. 1995. Metode Kertas Filter Untuk menentukan Karakteristik Tegangan Air Pori Negatif pada Tanah. Majalah IPTEK ITS. Nopember 1995. -------. Slope/ W Tutorial. Canadian.


Studi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan

Documents

Transcript of Studi Pengaruh Infiltrasi Air Hujan