longsoran tanah.pdf
TRANSCRIPT
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
1/13
BAB 2
FENOMENA LONGSOR DAN METODE PENENTUAN WILAYAH
RAWAN LONGSOR
2.1 Fenomena Longsor
Longsor atau gerakan tanah merupakan salah satu bencana geologis yang
disebabkan oleh faktor-faktor alamiah maupun non alamiah. Menurut Pusat
Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi tanah longsor adalah perpindahan
material pembentuk lereng berupa batuan, bahan rombakan, tanah, atau material
campuran yang bergerak ke bawah atau keluar lereng.
Tanah longsor terjadi sebagai akibat perubahan-perubahan, baik secara mendadak
atau bertahap, pada komposisi, struktur, hidrologi atau vegetasi pada suatu lereng.
Pada prinsipnya tanah longsor terjadi bila gaya pendorong pada lereng lebih besar
daripada gaya penahan. Gaya penahan umumnya dipengaruhi oleh kekuatan batuan
dan kepadatan tanah. Sedangkan gaya pendorong dipengaruhi oleh besarnya sudut
lereng, air, beban serta berat jenis tanah batuan. Daya tahan suatu lereng bisa
berkurang oleh:
meningkatnya kandungan air yang disebabkan oleh hujan lebat atau naiknya
air tanah.
Meningkatnya sudut lereng untuk konstruksi baru atau oleh erosi sungai.
Berubahnya materi-materi lereng dari kondisi cuaca dan proses alam lain.
Tabel 2. 1Tanah longsor bisa diklasifikasikan oleh tipe gerakannya (sumber: pusat VMBG,
2003) :
1.Longsoran Translasi
Gambar 2. 1
II-1
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
2/13
Longsoran translasi adalah ber-geraknya massa
tanah dan batuan pada bidang gelincir berbentuk
rata atau menggelombang landai.
2.Longsoran Rotasi
Gambar 2. 2
Longsoran rotasi adalah bergerak-nya massatanah dan batuan pada bidang gelincir berbentuk
cekung.
3.Pergerakan Blok
Gambar 2. 3
Pergerakan blok adalah perpindahan batuan yang bergerak pada bidang gelincir berbentuk rata.Longsoran ini disebut juga longsoran translasi
blok batu.
4.Runtuhan Batu
Gambar 2. 4
Runtuhan batu terjadi ketika sejum-lah besar
batuan atau material lain bergerak ke bawah
dengan cara jatuh bebas. Umumnya terjadi padalereng yang terjal hingga meng-gantung terutama
II-2
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
3/13
di daerah pantai. Batu-batu besar yang jatuhdapat menyebabkan kerusakan yang parah.
5.Rayapan Tanah
Gambar 2. 5
Rayapan Tanah adalah jenis tanah longsor yang
bergerak lambat. Jenis tanahnya berupa butirankasar dan halus. Jenis tanah longsor ini hampir
tidak dapat dikenali. Setelah waktu yang cukuplama longsor jenis rayapan ini bisa menyebabkantiang-tiang telepon, pohon, atau rumah miring ke
bawah.
6.Aliran Bahan Rombakan
Gambar 2. 6
Jenis tanah longsor ini terjadi ketika massa tanah
bergerak didorong oleh air. Kecepatan alirantergantung pada kemiringan lereng, volume dan
tekanan air, dan jenis materialnya. Gerakannyaterjadi di sepanjang lembah dan mampu
mencapai ratusan meter jauhnya. Di beberapa
tempat bisa sampai ribuan meter seperti di daerah
aliran sungai di sekitar gunungapi. Aliran tanahini dapat menelan korban cukup banyak.
II-3
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
4/13
2.2 Metode Penentuan Wilayah Rawan Longsor
Sejumlah metode penentuan wilayah rawan longsor sudah banyak dikembangkan
oleh peneliti-peneliti dari berbagai negara, sebagian besar pengembangan metode
tersebut dilakukan secara empiris (parametrik) berdasarkan proses hidrologi dan
fisis yang terjadi pada wilayah longsor. Idealnya, metode tersebut harus memenuhi
persyaratan-persyaratan sehingga layak untuk digunakan dalam penentuan wilayah
rawan longsor, yaitu metode harus dapat diandalkan, dapat digunakan secara umum
(berlaku secara universal), mudah digunakan dengan data yang minimum,
komprehensif dalam hal faktor-faktor yang dipergunakan, dan dapat mengikuti
terhadap perubahan-perubahan yang terjadi.
Berikut ini adalah beberapa metode yang digunakan untuk penentuan wilayah
rawan longsor, antara lain metode USLE, metode RUSLE, metode Storm Water,
dan metode SINMAP yang merupakan metode yang akan dikaji dalam tugas akhir
ini.
2.2.1 Metode USLE
Salah satu persamaan yang pertama kali dikembangkan untuk mempelajari erosi
lahan adalah yang disebut dengan persamaan Musgrave, yang selanjutnya
berkembang terus menjadi persamaan yang sangat terkenal dan masih dipakai
sampai sekarang, yaitu Universal Soil Loss Equation (USLE). USLE
memungkinkan perencana memprediksi laju erosi rata-rata lahan tertentu pada suatu
kemiringan dengan pola hujan tertentu untuk setiap macam jenis tanah dan
penerapan pengelolaan lahan (tindakan konservasi lahan). USLE dirancang untuk
memprediksi erosi jangka panjang dari erosi lembar ( sheet erosion) dan erosi alur
dibawah kondisi tertentu. Persamaan tersebut dapat juga memprediksi erosi pada
lahan-lahan non pertanian, tapi tidak dapat untuk memprediksi pengendapan dan
tidak memperhitungkan hasil sedimen dari erosi parit, tebing sungai, dan dasar
sungai.
II-4
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
5/13
USLE dikembangkan oleh USDA-SCS (United State Department of Agriculture –
Soil Conservation Services) pada tahun 1965 bekerjasama dengan Universitas
Purdue oleh Wischmeier dan Smith (dalam William dan Berndt, 1972; Morgan,
1988; Selbe, 1993). Berdasarkan analisis statistik terhadap lebih dari 10.000 tahun
data erosi dan aliran permukaan, parameter fisik dan pengelolaan dikelompokkan
menjadi lima variabel utama yang nilainya untuk semua tempat dapat dinyatakan
secara numeris. Kombinasi enam variabel ini yang dikenal dengan sebutan USLE
adalah sebagai berikut:
…………………………………………………………(2.1) P C LS K R E a
dimana: Ea = banyaknya tanah tererosi per satuan luas per satuan waktu
R = faktor erosivitas hujan dan aliran permukaan
K = faktor erodibilitas tanah
LS = faktor panjang-kemiringan lereng
C = faktor tanaman penutup lahan dan manajemen tanaman
P = faktor tindakan konservasi praktis
2.2.2 Metode RUSLE
RUSLE dikembangkan oleh USDA-ARS (United State Department of Agriculture – Agriculutral Research Services). Metode ini akan memperbaiki tingkat akurasi
USLE dalam menghitung pengaruh berbagai sistem konservasi lahan terhadap
terjadinya erosi. Pada awalnya, USLE dirancang untuk membantu para petani dan
pelaku konservasi lahan dalam perencaan pertanian. Data yang disediakan dalam
USLE diorientasikan dan dikembangkan untuk digunakan pada lahan pertanian,
namun pada awal tahun 1970 data tersebut diaplikasikan pada lahan perkebunan
dan peternakan, lahan hutan yang mengalami kerusakan, wilayah pembangunan
kota, dan jalan raya. Dengan melebarnya aplikasi USLE dibutuhkan perbaikan
tingkat akurasi dan kemudahan penggunaan, oleh karena itu dikembangkanlah
metode RUSLE ( Revised Universal Soil Loss Equation). Hasil perhitungan
besarnya erosi dengan menggunakan RUSLE dapat dikembangkan dan bersifat
II-5
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
6/13
dinamis karena bisa disesuaikan dengan perubahan basis data yang berisi nilai
faktor-faktor pembangunan metode.
Dalam menghitung RUSLE faktor utama ( P C LS K R E a ) atau struktur
data tidak berubah namun tabel data dihubungkan dengan fungsi perubahan faktor
(data dapat berubah). Pada dasarnya, USLE dan RUSLE tidak menunjukkan proses
hidrologi dan proses erosi yang fundamental, namun RUSLE telah mampu
merepresentasikan secara sederhana pengaruh faktor-faktor hidrologi terhadap erosi
sheet dan riil . RUSLE memiliki kemampuan memprediksi erosi jauh lebih baik.
2.2.3 Metode Storm Water
Metode Storm Water atau yang lebih dikenal dengan SWM adalah metode yang
digunakan untuk mendeskripsikan kuantitas dan kualitas datangnya air. Saat ini
metode SWM yang umum digunakan sebagai referensi adalah Storm Water
Management Model (SWMM), Storage Treatment Overflow Runoff Model
(STORM), dan Hydrologic Simulation Program Fortran (HSPF). Model-model
tersebut memiliki mekanisme untuk menghitung besarnya erosi dan aliran
permukaan/air hujan.
Metode Storm Water memiliki kemampuan untuk menganalisis baik satu kejadianhujan atau juga secara kontinyu yaitu mengacu pada prediksi berdasarkan pada data
satu periode waktu, misalnya tahun atau bulan. Selain itu juga dapat mendeteksi
berkurangnya infiltrasi, memodelkan aliran permukaan, rute saluran pembuangan
atau drainase, memodelkan akumulasi dan pelepasan/pengangkutan polutan dari
suatu sumber, serta analisis media penyimpanan atau penampungan air.
Pada dasarnya SWM lebih diorientasikan pada lingkungan kota dan lebih berguna
untuk mengitung perencanaan penampungan air hujan daripada untuk
memprediksikan erosi. Model ini membutuhkan jumlah data yang cukup yang
diambil dalam satu interval waktu jangka pendek dengan kondisi lingkungan yang
beragam, sehingga simulasi secara kontinyu dapat dilakukan dan diperoleh hitungan
besarnya polusi yang dibawa aliran permukaan secara tepat.
II-6
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
7/13
2.2.4 Metode SINMAP
SINMAP adalah salah satu metode yang dapat digunakan dalam
mengimplementasikan perhitungan dan pemetaan indeks stabilitas slope
berdasarkan informasi geografis dalam bentuk data elevasi digital dipadukan
dengan data titik-titik yang pernah mengalami longsor. Dalam aplikasinya,
SINMAP memerlukan parameter-parameter pelengkap yaitu data curah hujan dan
data jenis tanah.
Model ini merupakan tool untuk keperluan prediksi stabilitas slope, dimana
didalamnya terdapat juga komponen pemodelan aliran hidrologi. Model ini
menggunakan permukaan topografi untuk mengarahkan jalannya aliran kemiringan,
yang mengasumsikan bahwa batasan aliran air di bawah permukaan tanah paralel
dengan permukaan topografi, serta ketebalan soil dan konduktivitas hidrolik adalah
seragam di manapun titiknya berada di permukaan bumi. Model aliran tersebut
memprediksikan tingkatan relatif air tanah terhadap area batas air. Prediksi ini
kemudian akan dipakai selanjutnya untuk memperkirakan/menilai stabilitas slope.
SINMAP terbatas pada perpindahan longsoran dengan perpindahan kelerengan
yang cukup landai/dangkal atau maksimal 10 m. SINMAP ini didasarkan pada
kombinasi dari model topografi hidrologi yang digunakan untuk menghitung
tekanan pori-pori air, dengan mengasumsikan bahwa kedalaman titik jenuh tanah
adalah cukup untuk menopang penampang aliran menyamping/lateral yang
sebanding ke area tangkapan spesifik (area kenaikan lereng per unit satuan panjang
kontur). Tekanan pori-pori lalu digunakan untuk menghitung perubahan dalam
tegangan efektif, yang melalui sudut pergeseran ( friction angle) dihubungkan ke
kekuatan geser ( shear strength )(Pack, 1998).
II-7
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
8/13
Shear stress
Gambar 2.7 shear strength yaitu seberapa besar soil dapat menahan shear stress (sumber:
Robert T. Pack, 1998)
Shear strength ini terdiri atas dua factor (lihat gambar 2.8), yakni cohesion dan
friction angle. Cohesion merupakan gaya tarik menarik inter-partikel baik itu
partikel tanah itu sendiri maupun inter-partikel akar (bila pada tutupan lahannya
terdapat vegetasi). Sedangkan friction angle atau angle of repose() dalam soil
mechanics merupakan sudut antara bidang horizontal effective stress (’) dan
cohesion (C) dari grafik hasil percobaan laboratorium (gambar 2.8).
Gambar 2. 8 Grafik shear strength (sumber: Robert T. Pack, 1998)
SINMAP menggunakan formula factor of safety (FS) untuk model stabilitas slope
yang dibangun oleh Hammond et al. (1992).
Bila mob f , maka dikategorikan dalam kondisi ”bergeser”
dimana: f = shear strenght , yaitu daya tahan lereng terhadap longsor
mob = daya yang ”memaksa” lereng untuk ”bergeser”
II-8
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
9/13
Untuk mendapatkan indeks stabilitas perlu diperhitungkan juga saturation (titik
jenuh soil terhadap air yang dikandungnya) dari area studi, dimana degree of
saturation didefinisikan sebagai perbandingan antara volume air dalam tanah
dengan volume of void (volume air + volume udara).
Gambar 2. 7 Komposisi soil (sumber: Eng. Muhammathu Fowze, 2006)
Gambar 2. 10 Komposisi soil (2) (sumber: Eng. Muhammathu Fowze, 2006)
Saturation ini perlu diperhitungkan juga karena proses meresapnya air ke dalam
tanah akan mempengaruhi sifat fisik tanah, ketika tanah telah mencapai titik jenuh
maka tanah tersebut akan mudah bergerak, sehingga bila terjadi pengikisan
permukaan tanah oleh air permukaan akan semakin mudah area yang terkikis
permukaan tanahnya itu untuk mengalami longsor.
II-9
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
10/13
Gambar 2. 11 Model slope (sumber: Robert T. Pack, 1998)
Dari kondisi tersebut maka nilai Factor safety dapat dilihat dari
ratio:mob
f FS
.....................................................................................................(2.2)
Atau dapat diturunkan menjadi:
sin
tan1cos Wr C FS
……….…………………..………………………..(2.3)
Dimana:
C = (Cr + Cs) / (h r s g) kombinasi kohesi (akar dan soil ) kohesi dengan
tanpa besaran (dimensionless) relatif terhadap garis tegak lurus ketebalan
soil
h = D cos , ketebalan soil , tegak lurus terhadap slope [m]
r = r w / r s ratio densitas air terhadap densitas soil
Cr – kohesi akar [N/m2]
Cs – kohesi soil [N/m2]
D - kedalaman vertical soil [m]
– slope [derajat]
r s – densitas soil basah [Kg/m3]
g – gaya gravitasi bumi [9.81 m/s2]
II-10
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
11/13
R[m/jam] = curah hujan - (jumlah air yang menguap + jumlah air yang
diserap tanah)
T = K S*h – transmisivitas [m2/jam]
a - area tangkapan spesifik [m]
r w – densitas air [Kg/m3]
– sudut patahan dalam dari soil [derajat]
K S – kecepatan air menembus lapisan soil [m/jam]
Untuk mendefinisikan indeks stabilitas, indeks kebasahan (wetness) dari persamaan
1,sin T
RaMinW .............................................................................................(2.4)
dimasukkan ke dalam persamaan FS (2.3), sehingga menjadi,
sin
tan1,sin
min1cos
r T
RaC
FS ...........................................................(2.5)
variabel a dan ditentukan dari topografi dengan C, tan r, dan R/T sebagai
parameternya, r dianggap sebagai nilai konstan (dengan nilainya adalah 0.5).
Dimisalkan R/T = x, tan t, dan distribusi seragam dari batas atas dan batas
bawah adalah C ~ U (C1, C2), x ~ U (x1, x2), t ~ U (t1, t2), nilai C dan t yang terkecil
(C1, t1) dengan nilai x yang terbesar (x2) mendefinisikan pada keadaan yang
terburuk dari yang terbaik bagi metode SINMAP karena kemungkinan FS yang
dihasilkan akan lebih besar dari 1 yaitu pada area yang stabil, sehingga nilai FS dari
persamaan 2.5 menjadi,
sin
1,sin
min1cos 121
min
t r a
xC
FS SI
.................................................(2.6)
Sedangkan pada keadaan yang terbaik dari yang terburuk bagi SINMAP untuk
menganalisis area rawan longsor adalah pada nilai C dan t yang terbesar (C2, t2) dan
x pada nilai yang terkecil (x1), sehingga kemungkinan nilai FS yang dihasilkan
lebih kecil dari 1, persamaan FS persamaan 2.5 pada keadaan ini adalah
II-11
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
12/13
sin
1,sin
min1cos 212
max
t r a
xC
FS SI
................................................(2.7)
Tabel berikut menunjukkan kelas-kelas stabilitas dalam lingkup indeks stabilitas
(SI).
Tabel 2. 2 Indeks Stabilitas
Kelas Syarat Indeks Stabilitas Stability Index
1 SI > 1,5 Stabil tingkat tinggi Stable
2 1,5 > SI >1,25 Stabil tingkat menengah Moderately Stable
3 1,25 > SI > 1 Stabil tingkat rendah Quasi Stable
4 1 > SI > 0,5 Tidak Stabil tingkat rendah Lower Threshold
5 0,5 > SI > 0 Tidak Stabil tingkat menengah Upper Threshold6 0 > SI Tidak Stabil tingkat tinggi Defended
Metode SINMAP mengelompokkan area yang diamati ke dalam enam kelas
berdasarkan dari nilai indeks stabilitasnya, dimana pada area yang termasuk kelas 1
dan 2 adalah area stabil yang tidak berpotensi untuk mengalami bencana longsor,
adapun pada area yang termasuk kelas 3 dan 4 adalah area yang berpotensi
mengalami bencana longsor tingkat menengah, artinya area ini cukup aman, akan
tetapi ada kemungkinan area ini mengalami bencana longsor, misalkan ketikaterjadi perubahan tata guna lahan secara drastis, atau curah hujan meningkat cukup
tajam, sedangkan pada area yang termasuk kelas 5 dan 6 adalah area yang bisa
dipastikan akan mengalami bencana longsor.
Setelah didapatkan indeks stabilitas dari area yang diamati lalu dilakukan
penggambaran pada grafik SA plot sebagai berikut:
Penggambaran garis saturationUntuk menghitung Wetness atau kebasahan digunakan rumus dari persamaan (2.4).
Saturation atau kejenuhan terjadi ketika w = 1, maka sinR
T a1
sinT
aR
II-12
-
8/19/2019 longsoran tanah.pdf
13/13
Gambar 2. 12
Penggambaran garis indeks stabilitas
Untuk melakukan penggambaran garis indeks stabilitas digunakan rumus:
............................(persamaan 2.8)
Gambar 2. 13
II-13