hubungan antara limpasan banjir dengan … · antara limpasan banjir dan kelongsoran batu balas rel...

206

HUBUNGAN ANTARA LIMPASAN BANJIR DENGAN KELONGSORAN BATU BALAS REL KERETA API

Pranoto Samto Atmojo* dan Sri Sangkawati Sachro

Dosen Teknik Sipil FT-Universitas Diponegoro

*[email protected]

Intisari

Kereta api yang melintas akan memberikan tekanan ke permukaan trek rel dan oleh batang rel (rails) tekanan tersebut diteruskan ke bantalan (sleepers) yang ada dibawahnya. Tekanan dari bantalan akan diteruskan ke lapisan batu balas rel (ballast) dan akan disebar ke seluruh permukaan tanah disekitarnya, untuk mencegah amblesnya trek rel. Lapisan balas (ballast) berupa batu-batu berukuran kecil yang ditaburkan di bawah trek rel, di sekitar bantalan rel, yang berfungsi untuk meredam getaran trek rel saat rangkaian kereta api melintas dan menyebarkan beban (axle load) dari trek rel ke lapisan landasan di bawahnya. Banjir yang melimpas trek rel akan dapat menggerus batu balas dan membahayakan perjalanan kereta api, karena kekuatan balas sebagai penyangga beban berkurang (bahkan rel bisa menggantung). Untuk menghindari kecelakaan perjalanan kereta api akibat adanya gerusan/longsoran batu balas setelah banjir, maka perlu diketahui berapa tinggi banjir yang melimpas rel yang mengakibatkan longsornya batu balas. Penelitian hubungan antara limpasan banjir dan kelongsoran batu balas rel kereta api ini, dilakukan dengan model hidrolik fisik di laboratorium Teknik Sipil Undip. Diharapkan, hasil korelasi antara tinggi limpasan banjir dan kelonsoran balas rel tersebut, akan dapat digunakan oleh pengelola sebagai panduan awal peringatan keamanan perjalanan kereta api, sesaat setelah terjadi banjir.

Kata Kunci: batu balas rel, keamanan perjalanan kereta api, kelongsoran, limpasan banjir.

PENDAHULUAN

Latar BelakangKeamanan dan kelancaran Trasportasi kereta api sangat tergantung pada kondisi kekuatan rel dan penyangganya. Roda kereta api yang melintas akan memberikan tekanan ke permukaan trek rel dan oleh batang rel (rails) tekanan tersebut diteruskan ke bantalan (sleepers) yang ada dibawahnya. Tekanan dari bantalan akan diteruskan ke lapisan batu balas rel (ballast) dan akan disebar ke seluruh permukaan tanah disekitarnya, untuk mencegah amblesnya trek rel.

PIT31 vol1.indb 206 19/08/2014 21:56:23

4th International Seminar of HATHI, 6-8 September 2013, Yogyakarta

207

Lapisan balas (ballast) berupa batu-batu berukuran kecil yang ditaburkan di bawah trek rel, di sekitar bantalan rel. Batu yang digunakan biasanya kricak diameter 50-70 mm dengan sudut yang tajam (bentuknya tidak bulat). Fungsi lapisan balas antara lain adalah untuk meredam getaran trek rel saat rangkaian kereta api melintas, menyebarkan beban (axle load) dari trek rel ke lapisan landasan di bawahnya, sehingga trek rel tidak ambles. Prinsipnya, rel harus tetap kokoh ketika dilewati rangkaian kereta api.

Banjir merupakan fenomena alam yang bisa terjadi di perkotaan, di lahan pertanian, dan bahkan menggenang di lintasan rel kereta api. Banjir yang melimpas trek rel akan dapat menggerus batu balas dan membahayakan perjalanan Kereta Api, karena kekuatan balas sebagai penyangga beban berkurang, bahkan pada kondisi tertentu rel bisa menggantung. Banjir yang terjadi pada tanggal 23 Februari 2014 melumpuhkan perjalanan kereta api jalur pantura Jawa Tengah. Jalur kereta api Mangkang-Semarang KM.12 terjadi genangan dan ada bekas longsoran pada balas rel (SM, 24 Februari 2014 dan Survey). Genangan dan bekas longsoran dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Rel Tergenang dan Batu Balas Longsor

Untuk menghindari kecelakaan perjalanan kereta api akibat adanya gerusan/longsoran batu balas setelah banjir, maka perlu diketahui berapa tinggi banjir yang melimpas rel yang mengakibatkan longsornya batu balas.

Penelitian hubungan antara limpasan banjir dan kelongsoran batu balas ini, dilakukan dengan model hidrolik fisik, berdasar prototip kondisi balas rel jalur Mangkang-Semarang km 12, dengan skala 1:5. Dengan pemodelan fisik, maka mekanisme aliran tiga dimensi akan terakomodasi dan secara visual mudah dipahami (Vries, 1977) . Pelaksanaan pemodelan dilakukan di laboratorium Teknik Sipil Undip. Diharapkan, hasil korelasi antara tinggi limpasan banjir dan kelonsoran balas rel tersebut, akan dapat digunakan oleh pengelola sebagai panduan awal peringatan keamanan perjalanan kereta api, sesaat setelah terjadi banjir.

PIT31 vol1.indb 207 19/08/2014 21:56:23


208

Penelitian Terdahulu dan PustakaPenelitian empirik yang telah dilakukan antara lain oleh Isbah (1935), Shamov (1959), Maynord (1978), menggunakan material batu yang relatif bulat, dan tidak memperhatikan aliran turbulen. Peneliti diatas menghasilkan rumusan bahwa diameter batu tertentu mempunyai kecepatan kritis tertentu. Pada penelitian tersebut diaplikasikan pada stabilitas batu pada bendungan urugan batu. Atmojo,P.S (1992) dalam makalah Cofferdam Limpas PLTA Tulis secara teoritis menunjukkan bahwa diameter batu D=30 cm pada tumpukan batu masih larut oleh beda tinggi limpasan 2,65 m.

Untuk mengontrol stabilitas tumpukan batu yang terlimpasi banjir, dapat digunakan formula yang sering dipakai seperti yang di sampaikan Breusers (1998):

, ...................................................................... (1)

Sedangkan peneliti lainnya, antara lain:

Isbash (1935):

Batuan di dasar : ................................................................ (2)

Batuan di puncak : ................................................................ (3)

Goncharov (Shamov 1959):

........................................................... (4)

Keterangan:

Ūcr : Kecepatan kritis batu (cm/s) D :

h : tinggi limpasan (cm) D : diameter batu (cm)

Bila kecepatan yang terjadi (limpasan) lebih besar dari kecepatan kritis batu, maka batu akan larut atau tergerus.

PIT31 vol1.indb 208 19/08/2014 21:56:24


209

BAHAN DAN METODOLOGI PENELITIAN

Bahan Penelitian dan Setting Laboratorium.Uji model dilakukan di Laboratorium Pengaliran Teknik Sipil Universitas Diponegoro. Setting pemodelan seperti Gambar.2. Alat penunjang yang digunakan antara lain:

- Saluran talang (flume): 40 cm x 15 cm x 800 cm, Tanki (bak) terbuka: 2x2x1,50 m

- Sistem saluran drain dari model ke tanki, Alat ukur debit tipe: Cipoleti, dan gelas ukur.

- Peil schaal pengukur elevasi muka air sepanjang saluran, Tustel, dan stop watch.

Material batu/kricak di pilih yang berdimensi setara dengan dimensi kricak prototip setelah di skala, yaitu maksimum 11,8 mm dan minimum 7,6 mm. Air dipompa dari bak tandon, dialirkan ke model melalui bak penenang, dan kembali lagi ke tandon melalui saluran drain.

Gambar.2 Setting / Situasi Pemodelan

Tahapan PelaksanaanTahapan pelaksanaan pemodelan diawali dari survey lapangan, kemudian berturut-turut dilanjutkan analisa data lapangan, persiapan laboratorium, dan pelaksanaan pemodelan. Pelaksanaan pemodelan dilakukan 2 tahap, yaitu Test Debit dan kemudian Test Kelongsoran dengan 5 variasi tinggi limpasan. Tahapan pelaksanaan dan skenario pemodelan secara lengkap seperti Tabel.1.

PIT31 vol1.indb 209 19/08/2014 21:56:24


210

Tabel 1. Tahapan dan Skenario Pemodelan PengujianNo Tahapan Pelaksanaan Pengamatan dan Hasil1 Survey

LapanganMelihat kondisi lapangan, memfoto, mengumpulkan batuan yang mewakili, mendokumen tasikan lokasi longsoran, dan pengukuran situasi, dan elevasi bekas banjir.

Situasi lapangan, bentuk longsoran, ukuran batuan.Bekas banjir/ tinggi limpasan.Foto dokumentasi, data ukur.

2 Analisa Data Lapangan

Menggambar situasi dan profil/potongan. Mengukur dimensi contoh, menimbang contoh batu .Menghitung volume batu.Menghitung berat massa batuMenskala dimensi untuk di model

Gambar profil/potongan.Ukuran contoh batu (Æ)Berat batuan (W)Volume batuan (V)Berat Massa batuan (γ)Dimensi balas prototip

3 Persiapan di Laboratorium

Penyiapan lokasi percobaan. Mengecek kondisi flume, memperbaiki, menyempurnakan.Mengecek kondisi pompa, dan mengontrol kelengkapan Laboratorium.Setting properties, dan pembuatan model Tumpukan Batu Balas Rel.

Pastikan alat penunjang lab danpompa dalam kondisi baik.Susunan batuan warna sesuai rencana.Perbandingan dimensi di model dengan di prototip sesuai.

4 Pelaksanaan/ Skenario Pemo delan(Running)

Tahap 1: Test DebitPembuatan alat ukur elevasi (peil schaal) , penetapan lokasi pengukuran. Mengalirkan debit, beberapa variasi, yaitu dari Q=0, kemudian muka air di naikkan bertahap sampai tinggi muka air diatas elevasi kepala Rel (H=19 cm)

Tahap 2: Test KelongsoranMengalirkan debit dengan ketinggian muka air bervariasi berturut-turut sbb:1. Debit dialirkan perlahan-lahan dari elevasi ma rendah

sampai ke elevasi 15 cm, atau 1,0 cm diatas elevasi kepala rel. Setelah muka air mencapai elevasi 15 cm, dijaga elevasi tetap konstan selama 5 menit, dan kemudian debit diturunkan perlahan sampai habis.

2. Percobaan nomor 1 diulangi sampai elevasi muka air mencapai 16 cm atau 2,0 cm di atas elevasi kepala rel.




Setiap muka air mencapai elevasi tertentu, diukur dan dicatat elevasi muka air H1,H2,H3,H4, dan debit yang mengalir saat itu. Gambar kurva H vs Debit.

Diamati dan dicatat setiap terjadi kelongsoran (bisa lebih dari satu longsoran) di tumpukan batu: Tinggi muka air H1, H2,H3,H4, jarak longsoran ke hulu dan jarak endapan batu terjauh. Mengukur profil longsoran setelah selesai percobaan. Mengambil dan mengukur dimensi batu yang tergerus. Dokumentasikan sebelum , pada saat, dan sesudah percobaan. Pengamatan dan pencatatan data sama seperti pada percobaan 1.

Pengamatan dan pencatatan data sama seperti pada percobaan 1.



Lokasi pengamatan tinggi muka air H1, H2, H3, H4, yaitu: di hulu, tengah, hilir tumpukan batu, dan di hilir tumit kaki hilir tumpukan batu (O). Lokasi pengamatan muka air seperti pada Gambar.3.

PIT31 vol1.indb 210 19/08/2014 21:56:24


211

Gambar.3 Lokasi pengamatan tinggi muka air H1, H2, H3, H4

Pengukuran profil longsoran pada akhir percobaan, meliputi titik-titik di jarak 5, 10, 15, 20 cm arah ke hilir, dan di jarak 5, 10, 15, 20 cm (kelipatan 5) arah hulu dengan referensi jarak nol (0 cm) dari ujung tumit tumpukan batu hilir (titik O). Lx adalah jarak sisa longsoran terjauh. Lokasi pengukuran profil longsoran batu balas seperti pada Gambar.4.

Gambar.4 Lokasi Pengukuran Profil longsoran batu balas

HASIL DAN PEMBAHASAN

Korelasi Muka Air dan Debit Percobaan di awali dengan test debit, yaitu untuk mengetahui korelasi muka air hulu (H1) dan debit Q (kurva debit). Grafik hasil test debit seperti Gambar.5, menunjukkan bahwa pada elevasi muka air rendah (dibawah H1=14 cm), pengaruh kenaikan elevasi muka air terhadap kenaikan debit tidak besar (significant). Tetapi, pada elevasi muka air tinggi (diatas 14 cm), kenaikan elevasi muka air hulu berpengaruh besar terhadap kenaikan debit. Dari pendekatan fungsi exponensial, didapat korelasi antara tinggi muka air hulu (H) dan debit (Q) sebagai persaman Q = 0.017e0.292H, dengan nilai R² = 0.956, atau dengan pendekatan logaritma persamaan menjadi H = 3.273ln(Q) + 13.96, dengan R2=0,956 (Gambar.5). Aliran pada muka air rendah, air semuanya melewati (merembes) pada tubuh balas batu, sedangkan pada evasi muka air tinggi, sebagian air mengalir melimpas di atas tumpukan balas batu. Perbedaan tersebut secara fisik dapat disebutkan bahwa, penampang basah pada beda elevasi air yang sama, melalui tumpukan batu lebih sempit. Sedangkan secara hidrolika, air yang melewati (merembes) dalam tumpukan batu akan mendapat hambatan lebih besar, sehingga dengan demikian, maka dapat dimengerti bila makin tinggi muka air yang limpas akan berpengaruh terhadap kenaikan debit makin besar.

PIT31 vol1.indb 211 19/08/2014 21:56:25


212

y = 3.273ln(x) + 13.96R² = 0.956

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6

H-Q

Log. (H-Q)

Elev

asi m

a (c

m)

Debit Q (l/s))

Gambar.5 Korelasi Muka Air dan Debit

Awal Kelongsoran Awal kelongsoran akan berpengaruh pada longsor berikutnya. Hasil percobaan dari variasi 1 sampai variasi 5, masing-masing awal longsor terjadi pada elevasi yang bervariasi, sedangkan jarak batu yang mengawali longsor arah hulu (L1) dan jarak endapan batu hasil longsoran arah hilir (L2), dengan refrensi jarak dari ujung tumit hilir (titik O) sbb:

Tabel 2. Jarak Awal Longsoran dan Endapan Batu serta Tinggi Muka Air Semua Variasi

Variasi Percobaan

Jarak Longsor batu ke hulu

L1 (cm)

Jarak endapan batu ke hilir

L2 (cm)

Tinggi m.a Hulu

H1 (cm)

Tinggi m.a Hilir

H4 (cm)

Beda tinggi ma:

H1-H4 (cm)1 7,6 4,6 15,00 4,10 10,902 4,3 3,0 15,40 3,20 12,203 9,0 8,5 15,40 3,50 11,904 8,0 2,0 15,60 3,50 12,105 8,0 4,0 15,10 3,10 12,00

Rata-rata 15,30 3,48 11,82(sumber data: Laporan Uji Model Uji Model Hidrolik Gerusan Tumpukan Batu

Balas Rel Kereta Api, Teknik Sipil Undip)

Batu balas mulai longsor (awal longsor) pada saat muka air hulu H1 mencapai 15,00 cm, yaitu pada percobaan variasi 1, sedangkan percobaan variasi lainnya batu mulai longsor saat elevasi muka air lebih tinggi dari 15 cm. Rata-rata batu mulai longsor bila muka air hulu mencapai 15,30 cm. Dari pengamatan longsor awal tersebut, dapat dinyatakan bahwa, longsor akan dimulai saat muka air hulu mulai melimpas kepala rel (elevasi kepala rel: 14,00 cm).

PIT31 vol1.indb 212 19/08/2014 21:56:25


213

Posisi batu longsor pertama (awal longsor) L1, terlihat dari data pengamatan dapat dinyatakan dimulai dari batu dengan posisi L1=8-9 cm, atau 3-4 cm hilir ujung atas tumpukan balas batu. Pada percobaan variasi 2, posisi batu awal longsor hulu sejauh L1=4,30 cm, sedangkan paling jauh terjadi pada percobaan variasi 3, yaitu L1=9,00 cm. Sedangkan jarak endapan batu hasil longsoran dapat dinyatakan 4-5 cm di hilir tumit balas batu. Variasi posisi batu awal longsor diperkirakan ada pengaruh dari unsur kerapian penyusunan tumpukan batu, sedangkan jarak endapan hasil longsoran sangat dipengaruhi oleh besar dan bentuk batu.

Gambar 5. Posisi Batu Mulai Longsor

Korelasi Panjang Gerusan Hulu L dan Tinggi Muka Air Hulu H Dari data menunjukkan bahwa, makin tinggi limpasan air, longsoran batu makin jauh ke hulu dan ke dalam. Pengaruh tinggi limpasan muka air hulu H1, terhadap jarak longsoran batu ke hulu L1 mempunyai korelasi yang kuat. Data korelasi antara H1 dan L1 yang diambil pada saat – saat kejadian longsor dan longsoran setelah percobaan berakhir seperti pada Tabel.3, dan bila di dekati dengan bentuk polynomial korelasi tersebut sebagai :

L = 1,215H2 – 32,43H + 227,10, dengan nilai R² = 0.794.

Dari data dan grafik tersebut menunjukkan bahwa, pengaruh kenaikan muka air H sangat besar terhadap kenaikan nilai longsoran ke hulu L. Muka air hulu lebih tinggi dari 18 cm, kenaikan panjang gerusan meningkat lebih besar. Hal ini juga dapat di duga bahwa, begitu terjadi suatu longsoran maka longsoran berikutnya akan mudah.

Tabel.3 Korelasi Jarak Longsoran dan Muka Air HuluNo L1 H1 Sumber data No L1 H1 Sumber data 1 11 15 var 1 akhir 9 35 17 var 4 akhir2 8,6 16 var 2 longsor3 10 18 15,1 var 5 mulai longsor3 28 16 var 2 akhir 11 20 16,2 var 5 longs 24 22 16 var 3 longs 2 12 30 17 var 5 longs 35 24 16,5 var 3 longs 3 13 28 17,5 var 5 longs46 30 17 var 3 akhir 14 49 19 var 5 H recana7 15 16,5 var 4 longs 1 15 50 19 var 5 akhir8 21 17 var 4 longs 2

PIT31 vol1.indb 213 19/08/2014 21:56:25


214

L = 1.215H2 - 32.43H + 227.1R² = 0.794

12

17

22

27

32

37

42

47

52

12 14 16 18 20

Tinggi ma Hulu H1- cm

Jara

kGer

usan

ke H

ulu L

1-cm

Gambar.6 Grafik korelasi Jarak Longsoran Batu dan Muka Air Hulu

KESIMPULAN DAN REKOMENDASI

Kesimpulan 1. Korelasi ma hulu H1 dan debit Q dapat didekati dengan persamaan

exponensial:

Q = 0.017e0.292H, dan R² = 0.956 ,atau dengan logaritmik: H = 3.273ln(Q) + 13.96 , dan R² = 0.956. Saat limpasan air masih rendah ( dibawah 14 cm) pengaruh terhadap kenaikan debit kecil. Tetapi bila limpasan air meningkat sampai diatas 14 cm, maka pengaruh muka air tersebut terhadap kenaikan debit cukup besar.

2. Kondisi Balas Batu kritis, yaitu dimana batu hilir mulai lepas (longsor), rata-rata pada saat limpasan muka air hulu mencapai H= 15,30 cm (1,30 cm diatas kepala rel, setara dengan 6,50 cm di prototip). Batu longsor awal dimulai pada titik jarak 3-4 cm sebelah hilir dari ujung puncak balas batu bagian hilir, atau setara dengan 15-20 cm di prototip.

3. Panjang gerusan ke hulu atau panjang longsoran ke hulu sangat dipengaruhi oleh tingginya limpasan air di hulu. Korelasi antara muka air limpasan (H) dan panjang longsoran ke hulu (L) dapat didekati dengan persaman Polynomial : L = 1,215H2 – 32,43H + 227,1, dan R² = 0.794. Makin tinggi limpasan, makin panjang jarak gerusan ke hulu.

PIT31 vol1.indb 214 19/08/2014 21:56:25


215

Rekomendasi 1. Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi awal tentang adanya

korelasi tinggi muka air banjir (limpasan) terhadap kelongsoran yang terjadi pada batu balas. Bila dikehendaki agar hasilnya dapat digunakan sebagai referensi keamanan operasional perjalanan KA secara umum, perlu diadakan penelitian lebih lanjut, dengan ketelitian yang lebih tinggi dan variasi percobaan lebih banyak.

2. Penelitian ini dilakukan pada lebar flume 15 cm, bentuk/dimensi tumpukan batu balas hanya satu macam kemiringan, dan hanya ditinjau longsorannya saja. Hasilnya akan lebih mendekati kondisi lapangan bila dilakukan penelitian dengan flume yang lebih lebar, dan beberapa variasi kondisi dimensi batu balas.

3. Penelitian ini hanya mengetahui awal longsoran, posisi batu mulai longsor dan panjang longsoran (gerusan) terkait dengan muka air hulu. Percobaan ini akan lebih bermanfaat pada aplikasi di lapangan bila dilanjutkan penelitian untuk mengetahui bentuk atau alternatif konstruksi pengaman longsoran (counter measure).

UCAPAN TERIMAKASIH

Pada kesempatan ini, tidak lupa saya sampaikan ucapan terimakasih kepada Kepala DAOP IV PT. KAI dan jajarannya, yang telah memberi ijin untuk penelitian ini. Terimakasih juga saya sampaikan kepada kolega dan Laboran di Laboratorium Pengaliran Teknik Sipil FT UNDIP, yang telah membantu dengan dedikasi tinggi hingga penelitian ini selesai.

REFERENSIAtmojo,P.S, 1992. Cofferdam Limpas PLTA Tulis-Sdtudi Kasus, Seminar KBK

Hidro Undip.Atmojo, P. S, 2012. Pengaruh tinggi muka air terhadap Efektivitas

penggelontoran sedimen, Disertasi. Atmojo,P.S, Wahyuni, S.E, Sangkawati, S, Sugiyanto, 2013, Uji Model Hidrolik

Gerusan Tumpukan Batu Balas Rel Kereta Api, Teknik Sipil UndipBreusers HNC, 1988 , Sediment Transpor.1 , IHE Delft, NederlandG.I. Shamov, 1959. River Sediments, Leningrad, Gidrometeorizdat.S.V. Isbash, 1935. Construction of dams and other structures by dumping stone

intoflowingwater, Trans. Res. Inst. Hydrot. Leningrad 17 p.12-66S.T. Maynord, 1978. Practical rip rap design, U.S.W.E.S Vicksburg. Paper H-78-7Suara Merdeka, 24 Februari 2013Vries, de. M ,1977. Scale Model in Hydraulic Engineering. IHE, Delft, Nederland

PIT31 vol1.indb 215 19/08/2014 21:56:25

hubungan antara limpasan banjir dengan … · antara limpasan banjir dan kelongsoran batu balas rel...

Documents