Download Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia

Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
ANALISIS STABILITAS LERENG UNTUK KONSERVASI TANAH DAN AIR
DI KECAMATAN BANJARWANGI, KABUPATEN GARUT
(Slope Stability Analysis for Soil and Water Conservation
in Banjarwangi Sub-district Regency of Garut)
Mustafril
Staf Pengajar Jurusan Teknik Pertanian
Universitas Syiah Kuala Banda Aceh
Abstract
The terrace development for soil and water conservation often experience the failure. It usually
happens by landslide, like some of agriculture farm in Sub-district Banjarwangi, regency of Garut.
Considering the problem, it then requires to conduct research on the analysis of slope stability,
especially for the slope that have bench terrace. The slope morphology, physics and mechanics
properties determining of analysis for slope stability. This research aim to analyse the slope stability at
farm made by terraces, so that expected can give an recommendation to planning soil and water
conservation to safe from landslide. This research done in field and laboratory with computer
simulation. Result of analysis of slope stability at traditional terrace in Mulyajaya village, Sub-district of
Banjarwangi shows that sliding happen by the rain (saturated land). The simulation result of slope
stability at device of Hurni terrace C3 (stone cover of terrace riser) unstable at slope 30 - 70 %
(circular rotational slips), whereas sliding translation at 34 - 70 % (saturated land). C2 type (grass
cover of terrace riser) for circular rotational slips unstable at slope
22 - 30 % (unsaturated to
saturated land), so translational slip unstable if saturated land.
Key word : terrace, landslide, slope stability
367
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
PENDAHULUAN
Pembangunan teras sering mengalami kegagalan, seperti diakibatkan karena terjadinya longsor
(landslide), sehingga meningkatkan erosi pada lahan pertanian, seperti yang terjadi di Desa
Ngadirekso, Kecamatan Wajak, Kabupaten Malang, Jawa Timur (Carson, 1989). Longsor pada lahan
terasering juga terjadi di Sub DAS Wiroko di bagian hulu DAS Solo seluas 404 ha (1,8 % dari 22.600
ha.) pada kemiringan lereng di atas 65 % (Fletcher, 1990). Longsor juga terjadi di lahan miring lainnya
seperti pada beberapa desa di Kecamatan Banjarwangi, Peundeuy, dan Singajaya, Kabupaten Garut
(FATETA, 2002).
Penentuan parameter dimensi teras, terutama jarak vertikal (vertical interval = VI) didasarkan pada
faktor kemiringan lahan (slope). Dari sekian banyak persamaan untuk menentukan VI, hanya
beberapa persamaan saja yang mempertimbangkan sifat fisik dan mekanik tanah (ASAE, 1998;
Suresh, 1993; Schwab et al., 1981; Hurni, 1980; Sheng, 1977). Rancangan teras tersebut belum ada
yang mengacu kepada analisis stabilitas lereng.
Memperhatikan permasalahan tersebut di atas, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap
stabilitas lereng, terutama konservasi teras, dengan melakukan analisis faktor keamanan (Fs, safety
factor). Stabilitas lereng dipengaruhi oleh sifat fisika dan mekanika tanah (Das, 1993). Suatu lereng
dikatakan aman apabila mempunyai nilai faktor keamanan lebih dari 1,2.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis stabilitas lereng pada lahan berteras bangku, sehingga
diharapkan dapat menghasilkan tindakan konservasi tanah dan air yang aman terhadap longsor.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupakan suatu studi kasus terhadap lahan pertanian di kawasan perbukitan (hillside
zone). Lokasi penelitian di Kecamatan Banjarwangi, Kabupaten Garut, Propinsi Jawa Barat dan
Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor.
Penelitian ini dilakukan dengan tahapan sebagai berikut :
1.
Pengukuran dan pengumpulan data
• Dimensi dan kemiringan lereng;
• Sifat fisik tanah: kadar air, densitas lapangan, permeabilitas, kedalaman tanah, distribusi
ukuran partikel, dan konsistensi tanah;
• Sifat mekanik tanah : kohesi (c) dan sudut gesek dalam (φ);
• Curah hujan dan kondisi penutup lahan.
2.
Pembuatan program komputer untuk simulasi
• Simulasi perancangan teras menurut Hurni;
• Simulasi analisis stabilitas lereng untuk longsor rotasi (circular rotational slips) dan translasi
(translational slips).
3.
Perancangan teras metode Hurni (1980)
Perencanaan teras bangku metode Hurni didasarkan kepada prediksi erosi dengan persamaan USLE.
Teras bangku Hurni terdiri dari tiga tipe utama, yaitu: (a) saluran tanpa teras (C1), (b) teras dengan
tampingan rumput (C2), dan (c) teras dengan tampingan batu (C3). Untuk menentukan tipe teras yang
tepat diperlukan data berikut, yaitu : kemiringan lahan (S), faktor LS yang ditentukan dengan
persamaan USLE, dan kedalaman tanah.(D). Untuk menentukan tipe teras digunakan nomogram
Hurni (Lampiran 1) yang telah ditransfer ke dalam bentuk program komputer. Besarnya nilai LS
dihitung dengan persamaan berikut:
368
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
LS =
T
……………………………………………….
RKCP
(1)
dimana :
T = jumlah erosi maksimum yang diperkenankan (ton/thn)
R = erosivitas hujan (m.ton/ha)
K = erodibilitas tanah (ton/ha/tahun)
C = faktor pengelolaan tanaman
P = faktor praktek konservasi yang diterapkan.
4.
Analisis stabilitas lereng
Untuk menentukan faktor keamanan lereng pada longsor, rotasi dilakukan dengan trial and error
sehingga didapat nilai Fs yang kecil sebagai dasar penentuan stabilitas lereng. Untuk melakukan
proses trial and error ini dapat dilakukan dengan membuat suatu program komputer. Faktor
keamanan (Fs) dihitung berdasarkan Gambar 1. Kondisi tanah tidak jenuh, Fs sesuai dengan
persamaan (2), sedangkan kondisi tanah jenuh sesuai persamaan (3) (Das, 1993).
Fs =
∑ c' l + W cosα tan φ ' …………………………………
∑W sin α
(2)
Fs =
∑ c' l + (W cosα - ul ) tan φ '
∑W sin α
(3)
………………………….
dimana :
W = berat total irisan tanah (kgf/m3)
l
= panjang segmen beban W (m)
u = tekanan air pori (kgf/m2)
φ’ = sudut geser dalam efektif (o)
c’ = kohesi efektif (kgf/m2)
369
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
O
Permukaan air tanah
n
2
1
Wn
hw
α
Gambar 1. Diagram gaya analisis stabilitas lereng untuk kelongsoran rotasi
Analisis longsor translasi terhadap lereng kondisi tanah tidak jenuh menurut persamaan (4),
sedangkan kondisi tanah jenuh menurut persamaan (5)(Das, 1993). Bentuk longsor translasi
ditampilkan pada Gambar 2.
Fs =
Fs =
tan φ '
………………………………
tan β
(4)
c'
γ ' tan φ '
+
………………………
2
γ sat H cos β . tan β γ sat tan β
(5)
c'
γH cos β . tan β
2
+
Dimana :
H
= Kedalaman tanah efektif (m)
β
= Kemiringan lereng (o)
γ’
= γ - γw (kgf/m3)
γw = berat volume air (kgf/m3)
γsat = berat volume tanah jenuh air (kgf/m3)
Kedalaman muka air tanah di lereng kondisi tanah jenuh didekati dengan metode Dupuit (Verruijt,
1970), yaitu :
2
(
2
h 2 = H1 − H1 − H 2
2
) Lx
……………………………………… (6)
370
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
Dimana :
h
= kedalaman muka air tanah pada titik yang ditinjau (m)
H1 = kedalaman muka air tanah di bagian hulu (m)
H2 = kedalaman muka air tanah di bagian hilir (m)
x
= jarak titik yang ditinjau dari hulu (m)
L
= panjang aliran yang ditinjau (m)
L
Permukaan air tanah sama
dengan permukaan tanah
Arah rembesan
Na
W
Tr
Lapisan tanah keras
H
Ta
β
R
Nr
Gambar 2. Diagram gaya analisis stabilitas lereng untuk kelongsoran translasi
371
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Mekanika dan Fisika Tanah
Analisis longsor diperlukan data berat isi tanah (γ), kohesi efektif (c’), dan sudut gesek dalam efektif
(φ’). Nilai c’ dan φ’ didapat dengan melakukan pengukuran tekanan air pori (u) dengan uji triaksial dan
selanjutnya dibuat diagram Mohr-Coulomb (Das, 1993). Hasil uji triaksial disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil uji traksial untuk sampel tanah di lokasi longsor Kampung Rinyem
Lokasi
Kondisi
Lereng atas
Lereng tengah
Lereng bawah
Rata-rata
Undisturb compact Undisturb compact Undisturb compact Undisturb
3
compact
γ (kgf/m )
13974
17670
14886
16788
13483
16749
14114
17069
c’ (kgf/m2)
2500
14000
350
2250
1500
5400
1450
7217
17,87
15,90
24,57
35,83
18,33
33,71
20,26
28,48
o
φ’ ( )
Berdasarkan klasifikasi Unified pada lahan sawah berteras bangku di lokasi studi merupakan pasir
berliat (SC = clayey sand). Hasil uji proctor berat kering tanah maksimum 1,403 t/m3 pada kadar air
optimum 28,48 %. Sifat fisika tanah disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2.
No.
Hasil pemeriksaan dan pengujian sifat fisika tanah
Lereng atas
Sifat fisika tanah
1.
Kadar air, w (%)
2.
Spesifik gravity, Gs
Und.
Comp.
44,81
Lereng tengah
Und.
28,14
51,02
2,701
Comp.
30,72
Lereng bawah
Und.
47,63
2,749
Comp.
29,42
Rata-rata
Und.
47,82
2,615
Comp.
29,43
2,69
Volume fase tanah (%)
a. Volume udara, Vu
3.
14,40
5,64
6,60
4,96
14,72
5,87
11,91
5,49
b. Volume air, Va
52,23
46,88
65,11
51,60
51,82
45,67
56,39
48,05
c. Volume padat, Vs
33,37
47,48
28,29
43,44
33,45
48,46
31,70
46,46
Porositas, n (%)
66,63
52,52
71,71
56,56
66,55
51,54
68,30
53,54
Kejenuhan, S (%)
78,33
89,30
90,80
91,25
77,91
88,59
82,35
89,71
1,997
1,106
2,535
1,302
1,989
1,064
2,174
1,157
14,832
1,577
1,192
0,230
1,642
0,249
5,889
0,685
Angka pori, e
4.
Permeabilitas (mm/jam)
Konsistensi tanah
5.
a. Batas cair, LL (%)
35,54
36,36
36,96
36,29
b. Batas plastis, PL (%)
32,40
36,16
36,88
35,15
3,14
0,20
0,08
1,14
27,87
30,10
28,52
28,83
c. Indek plastisitas, IP (%)
Uji pemadatan standar (proctor test)
6.
a. wopt (%)
3
b. γmaks.(t/m )
1,443
1,373
1,394
1,403
7.
Kedalaman tanah, D(m)
0,9
0,9
0,9
0,9
8.
Kemiringan lahan, S (%)
25 (landai)
48 (curam)
27 (landai)
Klasifikasi tanah menurut United State Departement of Agriculture (USDA) (Das, 1993)
9.
Fraksi pasir (%)
26,380
45,260
32,602
34,747
Fraksi debu (%)
55,952
42,971
52,786
50,570
Fraksi liat (%)
17,668
11,769
14,612
14,683
Tekstur tanah
liat berdebu
liat
liat berdebu
liat berdebu
Klasifikasi tanah menurut Unified (Das, 1993)
Tekstur tanah
Pasir berliat (SC) Pasir berliat (SC) Pasir berliat (SC) Pasir berliat (SC)
Keterangan : Und. = tidak terganggu; Comp. = dipadatkan
372
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
Perencanaan teras metode Hurni
Hasil simulasi perhitungan VI untuk berbagai kemiringan berdasarkan data erosivitas 1370 m.t/ha,
erodibilitas 0,47 t/ha/th, lahan sawah beririgasi, faktor LS 0,95, dan kedalaman tanah 0,9 m disajikan
pada Tabel 3. Kemiringan lahan 2 – 22 % terpilih teras tipe C1 (saluran tanpa teras), 22 – 30 % teras
tipe C2 (tampingan rumput), dan 30 – 71 % teras tipe C3 (tampingan batu).
Tabel 3.
S (%)
2
6
10
14
18
22
26
30
34
38
Hasil perhitungan VI teras Hurni untuk berbagai kemiringan lahan
VI
2,26
2,37
1,88
1,90
1,93
HI
10,26
9,13
6,26
5,59
5,07
Tipe
C1
C1
C1
C1
C2
C2
C3
C3
C3
S (%)
42
46
50
54
58
62
66
70
71
VI
1,95
1,98
2,01
2,05
2,08
2,12
2,16
2,20
2,21
HI
4,65
4,31
4,02
3,79
3,59
3,42
3,27
3,14
3,11
Tipe
C3
C3
C3
C3
C3
C3
C3
C3
C3
Analisis Stabilitas Lereng
a.
Analisis stabilitas lereng aktual
Longsor aktual yang terjadi merupakan kombinasi longsor rotasi dan longsor translasi. Hasil
analisis stabilitas lereng teras aktual menunjukkan bahwa lereng mengalami longsor bila tanah
jenuh akibat air hujan. Hasil perhitungan Fs tertera pada Tabel 4 serta tampilan programnya
disajikan pada Gambar 3.
Tabel 4. Hasil perhitungan faktor keamanan lereng (Fs) di lokasi longsor
Kondisi tanah sampel
Tidak terganggu (undisturb)
Dipadatkan (compaction)
Faktor keamanan (Fs)
Tidak jenuh
Jenuh
0,306
1.222
0,977
2,091
Gambar 3. Tampilan program analisis stabilitas lereng pada kondisi longsor aktual
373
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
Hasil analisis pada Tabel 4 terlihat bahwa lereng tersebut tidak stabil pada saat terjadi hujan.
Hujan menyebabkan tinggi muka air tanah dan berat isi tanah meningkat serta kohesi tanah
menurun.
b.
Simulasi analisis stabilitas lereng untuk longsor translasi
Hasil simulasi analisis stabilitas lereng untuk longsor translasi pada kemiringan lahan tertentu
dan kedalaman tanah 0,9 m tertera pada Tabel 5. Untuk kondisi tanah tidak terganggu
(undisturb) lereng mulai tidak stabil pada kemiringan lahan 42 % - 102 (tidak jenuh) dan 22 –
102 % (jenuh). Sedangkan untuk kondisi tanah dipadatkan, semua kemiringan lahan
menunjukkan stabilitas lereng aman.
Tabel 5. Hasil analisis stabilitas lereng untuk translasi
S (%)
c.
Tidak terganggu
(undisturb)
Tidak
jenuh
Jenuh
Dipadatkan
(compaction)
Tidak
jenuh
S (%)
Jenuh
Tidak terganggu
(undisturb)
Tidak
jenuh
Jenuh
Dipadatkan
(compaction)
Tidak
jenuh
Jenuh
2
24,07
11,73
50,43
34,71
54
0,96
0,49
2,13
1,54
4
8,07
3,93
16,91
11,65
58
0,90
0,47
2,02
1,47
10
4,84
2,37
10,17
7,01
62
0,85
0,45
1,92
1,41
14
3,47
1,70
7,29
5,04
66
0,81
0,43
1,84
1,36
18
2,71
1,33
5,71
3,95
70
0,77
0,41
1,74
1,32
22
2,22
1,09
4,71
3,27
74
0,74
0,40
1,72
1,28
26
1,89
0,93
4,02
2,80
78
0,71
0,39
1,66
1,25
30
1,65
0,82
3,52
2,46
82
0,68
0,39
1,62
1,23
34
1,46
0,73
3,14
2,21
86
0,66
0,37
1,58
1,20
38
1,32
0,66
2,84
2,01
90
0,64
0,36
1,55
1,19
42
1,20
0,61
2,61
1,85
94
0,62
0,35
1,52
1,17
46
1,10
0,56
2,42
1,73
98
0,61
0,35
1,49
1,16
50
1,02
0,52
2,26
1,62
102
0,59
0,34
1,47
1,15
Analisis stabilitas lereng pada lahan rancangan teras Hurni
Hasil simulasi analisis stabilitas lereng untuk rancangan teras Hurni disajikan pada Tabel 6.
Simulasi menunjukkan bahwa terjadinya penurunan stabilitas lereng terhadap peningkatan
kemiringan lereng. Teras tipe C3 untuk longsor rotasi mulai tidak stabil pada kemiringan lahan 30
% - 70 %, sedangkan untuk longsor translasi pada kemiringan lahan 34 – 70 % (tanah jenuh).
Untuk tipe C2 pada longsor rotasi mulai tidak stabil pada kemiringan lahan 22 – 30 % (tanah tidak
jenuh dan jenuh), demikian juga untuk longsor translasi (tanah jenuh).
374
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
Tabel 6. Hasil simulasi stabilitas lereng pada lahan rancangan teras Hurni
Kondisi tanah
Undisturb
Gs
H (m)
2,690
0,9 Angka pori, e
(t/m3)
1,439
'=
5221 c (kgf/m2)
sat- w
(kgf/m3)
14114
2,174
sat (kgf/m3)
15027
1450
o
( )
20,258
Faktor keamanan lereng (Fs) untuk lahan berteras bangku
Longsor
Rotasi
Slope (%)
Tidak jenuh
Translasi
Jenuh
Tidak Jenuh
Tipe
Teras
Jenuh
Teras*)
tradisional
2
*)
6
8,07
3,93
C1
10
4,84
2,37
C1
14
3,47
1,70
C1
18
2,71
1,33
C1
22
0,942
0,312
2,21
1,09
C2
Longsor
26
0,938
0,300
1,88
0,93
C2
Longsor
30
1,641
1,031
2,18
1,26
C3
Longsor
34
1,656
1,042
2,00
1,18
C3
38
1,675
1,058
1,86
1,12
C3
42
1,662
1,056
1,75
1,06
C3
46
1,681
1,072
1,66
1,03
C3
Longsor
50
1,700
1,088
1,59
1,00
C3
Longsor
54
1,711
1,101
1,53
0,97
C3
58
1,730
1,117
1,49
0,95
C3
62
1,760
1,136
1,45
0,95
C3
66
1,777
1,151
1,42
0,92
C3
70
1,806
1,172
1,39
0,92
C3
Hasil pengamatan dilapangan
Prosedur simulasi perancangan teras dan analisis stabilitas lereng dalam bentuk tampilan
program komputer disajikan pada Lampiran 2.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Hasil pemeriksaan sifat fisika dan mekanik tanah rata-rata di Desa Mulyajaya, untuk analisis
stabilitas lereng adalah berat isi 14114 kgf/m3, kohesi efektif 1450 kgf/m2 dan sudut geser dalam
efektif 20,26o.
2. Hasil analisis stabilitas lereng di lokasi longsor Desa Mulyajaya menunjukkan bahwa lereng
menjadi tidak stabil pada kondisi tanah jenuh air dengan nilai Fs 0,306, sedangkan tanah tidak
jenuh lereng tetap stabil Fs 1,222.
3. Hasil simulasi stabilitas lereng pada rancangan teras Hurni tipe C3 (tampingan batu) tidak stabil
pada kemiringan lahan 30 – 70 % (longsor rotasi), sedangkan longsor translasi 34 – 70 % (tanah
375
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
jenuh). Tipe C2 (tampingan rumput) untuk longsor rotasi tidak stabil pada kemiringan lahan 22 –
30 % (tanah tidak jenuh dan jenuh), demikian juga dengan longsor translasi lereng tidak stabil jika
tanah jenuh.
Saran
Penelitian selanjutnya disarankan membuat model teras untuk dapat menentukan persamaan
matematis perancangan teras yang stabil terhadap longsor. Data penelitian ini didapat dari kegiatan
kerjasama antara Fakultas Teknologi Pertanian IPB dengan BAPPEKA Kabupaten Garut 2002.
DAFTAR PUSTAKA
ASAE. 1998. Standard Engineering Practice Data. “Ed ke – 45”, ASAE. St. Joseph. USA.
Carson, B. 1989. Soil Conservation Strategies for Upland Areas of Indonesia. Columbia. East-West
Environment and Policy Institut Occasional paper No. 9. British. Canada.
Das, B.M. 1993. Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis). Diterjemahkan : Endah NM,
Surya IBM. Jakarta.: Erlangga. Jakarta.
FATETA, 2002. Laporan Akhir Indentifikasi Penyusunan Rencana Tindak Penanggulangan Daerah
Rawan Bencana di Kabupaten Garut. IPB. Bogor.
Fletcher, J. R. 1990. Land Resource Survey of The Wiroko Subwatershed Upper Solo Watershed.
Central Java. Indonesia. (Published Jointly by DSIR Land Resource. New Zealand.
Department of Scientific and Industrial Research and the Directories General. Reforestation
and land Rehabilitation. Ministry of Forestry Indonesia). DSIR Land Resource Scientific Report
12. 157 ps.
Hurni, 1980. A Nomograph for Design of Labour-Intensive Soil Conservation Measure in Rain Field
Cultivations. Di dalam : Morgan RPC, editor. Soil Conservation Problem and Prospect. John
Wiley and Son, Inc. New York
p. 109-200.
Schwab, G.O, R.K. Frevert, T.W. Edminster, K.K. Barnes. 1981. Soil and Water Engineering. John
Wiley and Sons. New York
Sheng, T.C. 1977. Protection of Cultivated Slopes. Terracing Step Slopes in Humid Region. FAO.
Conservation Guide. Guidelines for Watershed Management Forest Conservation and Wildlife
Branch. FAO-UN, Forestry Department, Forest Resources Division. Rome.
Suresh, R. 1993. Soil and Water Conservation Engineering. Standard Publisher Distributors. Jakarta.
Verruijt, A. 1970. Theory of Groundwater Flow. MacMillan. London.
376
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
Lampiran 1. Nomogram Hurni
Pemilihan tipe teras berdasarkan nilai S (%), LS, dan D (m)
Sumber : Hurni (1980)
377
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
Lampiran 2.
a.
Tampilan perancangan teras Hurni dan analisis stabilitas lereng dengan simulasi
program komputer
Tampilan perancangan teras Hurni
b. Tampilan perancangan sketsa teras Hurni
378
Climate Change, Forests and Peatlands in Indonesia
Lampiran 2.
Lanjutan
c. Tampilan analisis stabilitas lereng untuk longsor rotasi pada teras Hurni
d. Tampilan analisis stabilitas lereng untuk longsor translasi pada teras Hurni
379