Gambar 2.1. Peta geologi daerah penelitian [12].

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Peta Geologi Daerah Penelitian

Pesawaran merupakan daerah dengan kondisi geologi yang disusun atas banyak formasi. Formasi adalah kondisi geologi dimana tersusun atas satu atau beberapa jenis batuan yang memiliki karakteristik yang sama [11]. Berdasarkan peta geologi lembar Tanjung Karang, daerah di sekitar titik penelitian disusun atas formasi batuan seperti pada Gambar 2.1 diantaranya yaitu formasi kantur (Tmpk), endapan gunung api muda (Qhv), formasi hulusimopang (Tomh), alluvium (Qa), formasi tarahan (Tpot), dasit piabung(Tmda), formasi lampung (Qti), formasi sabu (Tpos), formasi menanga (Km), dan kompleks g kasih takterpisahkan (Pzg). Dimana pada daerah penelitian termasuk kedalam formasi tarahan (Tpot), yang tersusun atas batuan tuf padu dan batuan breksi dengan sisipan batuan rijang [12].

6 2.2 Tanah Longsor

2.2.1 Definisi dan Mekanisme Terjadinya Tanah Longsor

Tanah longsor dapat didefinisikan sebagai proses bergeraknya massa material yang membentuk lereng seperti batuan, tanah, dan material campuran lainnya yang bergerak ke bawah. Kecepatan, ukuran dan tingkat kerusakan tanah longsor sangat beragam tergantung pada material yang bergerak seperti batuan, tanah, maupun lumpur [13]. Pada dasarnya tanah longsor terdiri atas beberapa bagian seperti yang diuraikan oleh Vernes (1978) pada Gambar 2.2 [14].

a. Mahkota longsoran merupakan daerah yang letaknya berdekatan dengan bagian tebing utama pada longsoran.

b. Tebing utama longsoran adalah daerah permukan lereng yang curam dan tidak terganggu dimana letaknya berada di bagian atas longsoran.

c. Kepala longsoran adalah daerah yang terletak di antara tebing utama dan tebing minor.

d. Tebing minor adalah daerah permukaan yang curam pada maerial yang bergerak dan terletak di bawah kepala longsoran.

e. Tubuh utama adalah daerah tanah longsor dimana letaknya pada material yang bergerak.

f. Kaki longsoran adalah daerah tanah longsor yang gerakannya mulai dari jari bidang gelincir kemudian menempel dengan permukaan tanah asli.

g. Jari kaki longsoran adalah daerah paling bawah longsoran yang jaraknya paling jauh dari mahkota longsoran. Biasanya bentuknya yaitu lengkung, yang terbentuk akibat material longsoran yang bergerak.

h. Bidang gelincir merupakan suatu bidang yang berfungsi sebagai landasan ketika massa tanah mengalami pergerakankarena kedap air.

i. Material bergerak merupakan material yang bergerak menuruni lereng dari posisi asli akibat gerakan dari longsoran.

j. Permukaan tanah yang asli adalah daerah permukaan lereng yang belum pernah mengalami longsoran.

7

Gambar 2.2. Bagian-bagian tanah longsor [14].

Secara fisis, proses terjadinya tanah longsor dapat dianalogikan seperti benda yang bergerak pada bidang miring seperti Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Komponen gaya yang bekerja pada lereng [13].

Dari Gambar 2.3 akan didapatkan persamaan gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring sebagai berikut.

8 cos Wy W     (2.1) cos y W W     (2.2) sin Wx W     (2.3) sin y W W     (2.4)

dimana



merupakan sudut kemiringan (ᵒ), Wy



merupakan gaya berat pada arah

y

(N), W



merupakan gaya berat (N), dan Wx



merupakan gaya berat pada arah

x

(N). Pada umunya, prinsip terjadinya bencana tanah longsor biasanya akibat adanya gaya-gaya yang bekerja pada lereng. Gaya tersebut berupa gaya pendorong dan gaya penahan tidak seimbang, dimana tanah longsor akan terjadi saat gaya penahannya lebih kecil daripada gaya pendorong pada lereng. Proses terjadinya tanah longsor diawali ketika pada saat musim kemarau partikel tanah menyusut dan terbentuklah retakan tanah (crack), sehingga ketika ada air hujan dengan intensitas yang tinggi meresap ke tanah melalui crack akan menambah bobot tanah dan dapat mengakibatkan tanah tersebut kehilangan kemampuannya dalam memikul beban struktur di atasnya. Jika air tersebut terus mengalir dengan cepat dan menembus hingga ke tanah kedap air atau lapisan keras yang berfungsi sebagai bidang gelincir, lalu tanah akan menjadi licin dan tanah yang jenuh di atasnya akan mengalami pergerakan ke bawah mengikuti lereng tersebut [5].

2.2.2 Klasifikasi Tanah Longsor

Tanah longsor memiliki banyak tipe sesuai dengan karakteristiknya masing-masing. Menurut Vernes (1978) berdasarkan mekanisme gerakan dan material yang bergerak pindah ke bawah, tanah longsor dibedakan menjadi beberapa tipe, antara lain yaitu seperti pada Gambar 2.4 [14].

9

Runtuhan (Falls) Robohan (Topples) Rotational slide

Translational slide Menyebar lateral Debris flow

Debris avalanche Earth flow Creep

Gambar 2.4. Klasifikasi tanah longsor [14]. a. Runtuhan (Falls)

Runtuhan merupakan gerakan jatuhnya tanah, batu atau runtuhan yang jatuh dari lereng atau tebing yang curam. Material mengalami pelepasan dengan cara jatuh bebas, terpental ataupun menggelinding di lereng yang lebih curam hingga medan yang rata.

b. Robohan (Topples)

Topples merupakan gerakan massa tanah yang terjadi ketika robohnya batuan dengan cara berputar kedepan pada satu titik sumbu (bagian dari unit batuan yang lebih rendah) yang disebabkan oleh berat lereng material dari massa yang dipindahkan dan kandungan air pada rekahan batuan.

10 c. Gelincir (Slides)

Slides merupakan gerakan ke bawah dari suatu massa tanah atau batuan yang terjadi pada permukaan bidang longsor. Berdasarkan geometri bidangnya gelincirnya, longsoran dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu sebagai berikut.

- Rotational slide, terjadi pada daerah dengan bidang gelincirnya berbentuk cekung ke atas, dan arah gerakan longsornya berputar di sumbu yang letaknya sejajar dengan permukaan tanah.

- Translational slide, terjadi pada daerah dengan bentuk bidang gelincirnya rata dan pergerakan longsornya sedikit rotasi atau miring ke arah kebelakang.

d. Menyebar lateral (Lateral spread)

Lateral spread merupakan tanah longsor yang terjadi ketika massa tanah bergerak didorong oleh air. Kecepatan aliran tergantung pada kemiringan lereng, volume dan tekanan air, dan jenis materialnya. Penyebaran lateral biasanya terjadi pada lereng yang sangat landai atau pada dasarnya dataran datar. Terjadi akibat adanya likuifaksi, atau suatu proses dimana tanah menjadi jenuh terhadap air yang mengalami perubahan dari padat ke keadaan cair.

e. Aliran (Flows)

Aliran adalaah gerakan perpindahan material longsoran dari lereng berupa tanah atau lumpur dengan kadar air yang cukup tinggi. Hal tersebut membuat material terlepas, mengalir dan bergerak secara spasial menuruni lereng ke bawah. Longsoran aliran terbagi ke dalam beberapa jenis, yaitu sebagai berikut.

- Debris flow adalah suatu bentuk gerakan massa penyusun lereng yang bergerak cepat saat tanah gembur, batuan, dan terkadang bahan organik bergabung dengan air membentuk bubur yang mengalir ke lereng bawah. Penyebab terjadinya debris flow yaitu karena terjadinya aliran air dipermukaan yang cukup kuat akibat hujan lebat mapun salju yang mencair dengan cepat, yang mengikis lalu memindahkan tanah gembur atau batuan pada lereng yang sangat curam.

11

- Debris avalanche adalah gerakan aliran massa tanah dan batuan dengan pergerakan yang sangat cepat. Biasanya longsor jenis ini terjadi sering pada daerah lereng yang terjal.

- Earth flow adalah jenis tanah longsor dengan material yang bergerak membujur dari material halus atau batuan yang di dalamnya memiliki kandungan mineral lempung.

- Creep adalah proses pergerakan massa material tanah atau batuan secara lambat dan stabil pada suatu lereng.

2.2.3 Faktor Penyebab Tanah Longsor

Tanah longsor dapat disebabkan oleh dua faktor pengontrol yaitu faktor internal dan eksternal. Faktor eksternal merupakan gaya pendorong terjadinya tanah longsor. Gaya-gaya tersebut, diantaranya gaya berat tanah, tekanan air pori untuk tanah yang mengandung air tanah, dan gaya gempa yang dipengaruhi oleh besarnya nilai sudut kemiringan lereng, beban material serta berat jenis tanah/batuan penyusun lereng. Sedangkan faktor internal (gaya penahan) terjadinya tanah longsor diantaranya kuat geser tanah yang dipengaruhi oleh kepadatan tanah dan kekuatan batuan [5].

Ada beberapa faktor lain yang menyebabkan terjadinya tanah longsor diantaranya yaitu adanya gaya gravitasi pada lereng yang curam, intensitas hujan yang tinggi, penggunaan lahan yang kurang baik bahkan tidak tepat, serta struktur geologi menjadi faktor pendukung [15]. Namun sebagai daerah beriklim tropis yang menjadi penyebab terjadinya tanah longsor di Indonesia yaitu tingginya intensitas curah hujan dan kondisi geologi yang kompleks.

2.3 Stabilitas Lereng Dan Faktor Keamanan 2.3.1 Stabilitas Lereng

Lereng merupakan daerah permukaan tanah yang menghasilkan sudut kemiringan akibat perbedaan permukaan tanah yang tinggi dan rendah. Lereng dapat terbentuk melalui proses alami maupun melalui tangan manusia. Pada setiap lereng

12

kemungkinan untuk terjadi longsor selalu ada, karena apabila terdapat suatu tempat dengan dua permukaan tanah yang ketinggiannya berbeda, maka akan mengakibatkan komponen gravitasi dari berat memiliki kemampuan untuk menggerakkan massa tanah dari posisi yang tinggi ke posisi yang lebih rendah. Terdapat tiga jenis lereng menurut insinyur geoteknik yaitu sebagai berikut [16].

 Lereng alami

Lereng yang terbentuk akibat proses alami dari, diantaranya erosi dan gerakan tektonik.

 Lereng buatan

Lereng ini terbentuk akibat adanya penggalian atau memotong tanah alami.  Lereng dibangun dari tanah,

Contoh dari lereng ini yaitu tanggul yang terletak di pinggir jalan raya atau tanah bendungan.

Pada prinsipnya, massa tanah pada lereng memiliki dua jeni gaya, yaitu gaya penggerak dan gaya penahan. Gaya penahan merupakan gaya yang dapat menahan massa dari gerakan material pembentuk lereng yaitu berupa kohesi, gaya gesekan, dan kekuatan geser tanah. Sedangkan gaya penggerak merupakan gaya yang meyebabkan massa pembentuk lereng bergerak yaitu gaya berat dan gaya gravitasi. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kestabilan lereng antara lain sebagai berikut [3].

- Geometri lereng

Geometri lereng yang mempengaruhi kestabilan dari lereng yaitu ketinggian dan besar sudut lereng. Semakin landai suatu lereng maka tingkat kestabilannya akan semakin tinggi.

- Sifat fisik dan mekanik material

Bobot isi merupakan salah satu sifat fisik yang berpengaruh dalam kestabilan lereng. Sedangkan, sifat mekanik yang berpengaruh sedangkan sifat mekanik yang mempengaruhi adalah kohesi dan sudut geser dalam.

13

Struktur geologi yang dapat mempengaruhi kestabilan lereng diantaranya bidang perlapisan, bidang erosi, dan sesar.

- Cuaca atau iklim

Akibat curah hujan, kadar air pada lereng meningkat dan membuat lereng menjadi kurang stabil.

- Faktor getaran

Selain akibat gempa, getaran yang muncul dapat ditimbulkan dari aktifitas manusia, seperti operasi alat berat dan peledakan (blasting) pada proses penambangan.

- Ketidakseimbangan beban di puncak dan kaki lereng

Kestabilan lereng akan menurun apabila beban di puncak lereng lebih besar daripada beban di kaki lereng.

2.3.2 Faktor Keamanan

Keamanan/stabilitas lereng dapat diidentifikasi berdasarkan besaran faktor keamanan (FS) pada lereng tersebut. Faktor keamanan sendiri adalah besar nilai perbandingan antara gaya pendorong dengan gaya penahan pada suatu lereng. Semakin besar gaya penahan maka lereng akan semakin stabil begitu pula sebaliknya. Untuk itu agar lereng tetap stabil maka gaya pendorong terjadinya tanah longsor harus lebih kecil daripada gaya penahannya. Persamaan faktor kemanannya dapat dituliskan dalam persamaan 2.5 [17].

r

s

FS





_(2.5)

dimana FS merupakan faktor keamanan,

s

merupakan kekuatan geser rata-rata pada tanah asli (kN/m2), dan _r merupakan kekuatan geser rata-rata akibat longsor (kN/m2). Kuat geser tanah merupakan gaya maksimum yang dapat dilakukan oleh butir tanah untuk menahan tarikan maupun desakan. Ketika butir tanah saling kontak, sehingga akan menghasilkan gaya geser yang menimbulkan adanya kuat geser tanah. Keruntuhan terjadi sebagai akibat dari perpaduan atau kombinasi kritis antara tegangan normal dengan tegangan geser. Bukan hanya tegangan normal dan

14

tegangan geser maksimum yang menjadi penyebab keruntuhan. Jika tegangan geser pada suatu bidang dalam massa tanah lebih besar dari nilai yang diberikan oleh persamaan 2.6 maka akan terjadi gerakan pada bidang tersebut. Pada metode ini tidak bergantung pada parameter _c'

dan '

, parameter tersebut dianggap sebagai konstanta untuk tanah pada keadaan tertentu [17]. Kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb, persamaan kuat geser dapat ditulis sebagai berikut.

'

'

'

s

 

c



tg



(2.6)

' ' '

r c d tg d



 





(2.7)

dimana

c

'

merupakan kohesi pada tanah asli (kN/m²), c'_d merupakan kohesi pada tanah akibat longsor (kN/m²),



'

merupakan tekanan normal pada permukaan longsor (N/m²), 'merupakan sudut gesekan pada tanah asli (ᵒ), dan '_d merupakan sudut gesekan pada tanah akibat longsor (ᵒ).

Dari persamaan 2.6 disubstitusikan ke dalam persamaan 2.5 sehingga menjadi

' ' ' '_d ' '_d c tg FS c tg        (2.8) ' ' 'd ' 'd ' . c tg c tg FS FS        (2.9)

Sehingga dapat diketahaui bahwa faktor keamanan memiliki hubungan dengan kohesi dan gesekan seperti pada persamaan 2.10 sampai persamaan 2.13.

'

'

c d

c

F

c



_(2.10)

'

'

_d

tg

F

tg









(2.11) Sehingga :

15 ' tan ' '_d tan '_d c c    (2.12) ' ' c FSF F_ (2.13)

Dari perbandingan persamaan diatas akan mendapatkan faktor keamanan (FS ) yang merupakan nilai kestabilan lereng. Dimana nilai-nilai kestabilan suatu lereng adalah sebagai berikut [18].

FS > 1 : menunjukkan lereng stabil.

FS < 1 : menunjukkan lereng tidak stabil.

2.4 Metode Analisa Stabilitas Lereng

Metode analisa stabilitas lereng merupakan metode yang digunakan untuk menentukan faktor keamanan dari bidang longsor suatu lereng. Terdapat beberapa metode yang dapat dilakukan dalam analisis stabilitas lereng, salah satunya yaitu dengan menggunakan metode Bishop.

Gambar 2.5. Tipe irisan geometri [19].

Sebenarnya jika diperhatikan bidang gelincir dari longsor sering mendekati lengkung lingkaran seperti pada Gambar 2.5. Namun massa tanah pada setiap

16

daerah longsor tidak selalu sama, maka perlu dilakukan pembagian massa tanah menjadi beberapa bagian yang disebut dengan irisan. Berat massa geser W



bekerja melalui pusat gravitasinya dan bertanggung jawab atas momen penggerak di sekitar pusat rotasi. Dimana d merupakan panjang lengan momen dan r merupakan jari-jari permukaan gelincirnya. Sepanjang permukaan gelincirnya terdapat momen resistif dari gaya geser. Dari Gambar 2.5. didapatkan hubungan faktor keamanan dan gaya geser melalui persamaan sebagai berikut [19].

i i i i ri l s S l FS



   (2.14) dan sin i i i i l s FS W



 





(2.15) dimana S_i 

merupakan gaya geser (N), l_i merupakan lebar irisan (m), _i merupakan sudut kemiringan lereng (ᵒ), dan W_i



merupakan berat irisan (kN). Bishop (1955) mengasumsikan bahwa resultan gaya di dalam irisan bekerja secara horizontal. Gaya normal dan gaya geser pada irisan yang bekerja pada arah vertikal mempunyai resultan nol. Berdasarkan irisan dari suatu benda, penjumlahan gaya dalam arah vertikal adalah sebagai berikut [19].

17

Pada Gambar 2.6 merupakan gaya yang bekerja pada irisan dari lereng dimana X Xi, i1

 



merupakan gaya-gaya yang bekerja secara vertikal yang besar resultan gayanya nol, sedangkan E Ei, i₁

 

 merupakan gaya-gaya yang bekerja secara horizontal. Pada metode

bishop ini resultan gaya yang mempunyai nilai yaitu resultan gaya horizontal. Gaya geser ( )S



berada pada sumbu x yang tegak lurus terhadap gaya berat pada irisan. Poligon gaya merupakan metode pengukuran yang dilakukan dengan cara menentukan posisi atau titik yang dihitung dari pengukuran arah, sudut dan jaraknya. Untuk mendapatkan faktor keamanan perlu diketahui terlebih dahulu besar gaya geser yang terjadi pada irisan tersebut, sehingga persamaan parameter gaya gesernya sebagai berikut.



' ' '



1 tan i i i i i S c l P FS     (2.16) ' ' 1 tan i i i i i i i S c l N u l FS



 _{ }  _{ }  _ _  _{ }     (2.17)

sehingga persamaannya menjadi,

' '

'

sin tan 1

cos sin tan

i i _{i i i i i} i i i i W c l u l FS N FS             (2.18) dimanaN_i 

merupakan gaya normal efektif di dasar irisan (N), dan u_i tekanan air pori. Sehingga faktor keamanan dalam kesetimbangan momen di sekitar pusat permukaan slip adalah sebagai berikut.

' ' tan sin i i i i i i i _i c l N u l FS W       _  _   





(2.19)

masukkan persamaan Ni kedalam persamaan (2.19).

' '

'

cos cos tan

cos (1/ ) sin tan

sin i i i i i i i i i i i i _i c l W u l FS FS W           _ _      _{ }           





(2.20)

18

selanjutnya disederhanakan dengan mendefinisikan parameter m_ai sebagai berikut.

' 1

cos sin tan

ai i i i

m

FS

  

  (2.21)

masukkan ke dalam persamaan, sehingga faktor kemanannya sebagai berikut.

' ' 1

cos cos tan

sin i i i i i i i i ai i i c l W u l m FS W          _ _        _{ }      





(2.22) ' ' 1 1

cos cos tan .

sin i i i i i i i i ai i i FS c l W u l m W









         _ _  _{  }    _ 





(2.23)

2.5 Pengukuran Standar Dalam Analisa Longsor

Terdapat beberapa pengukuran standar dalam analisa stabilitas longsor yaitu uji sampe tanah, uji triaksial dan pengukuran topografi. Uji sampel tanah dilakukan di laboratorium yang terdiri dari uji kadar air tanah, uji berat volume tanah, uji analisis saringan dan uji hidrometer untuk mengetahui sifat fisik tanah. Sedangkan uji triaksial digunakan untuk menentukan nilai kekuatan geser tanah. Hasil yang didapatkan berupa sudut geser tanah efektif ( )' dan nilai kohesi efektif (

c

'

). Namun pada penelitian kali ini hanya dilakukan pengukuran topografi saja guna meminimalisir biaya yang cukup tinggi.

2.5.1 Pengukuran Topografi

Topografi merupakan keberagaman kondisi muka bumi berdasarkan perbedaan tinggi, bentuk, serta kemiringan pada daerah tertentu [21]. Hasil dari pengukuran topografi adalah peta topografi yang memiliki dua bagian utama. Bagian pertama adalah ukuran permukaan pada bidang datar yang disajikan dengan koordinat

x

, dan y. Sedangkan yang kedua ukuran berdasarkan variasi elevasi, disajikan dalam koordinat z yang disebut dengan ukuran relief [22]. Keadaan topografi merupakan kondisi yang menampilkan kontur atau kemiringan lereng. Apabila kondisi kontur semakin kecil maka tingkat kemiringan lereng juga semakin kecil. Daerah dengan

19

kemiringan lereng yang cukup tinggi tidak disarankan untu dijadikan sebagi tempat hunian. Dikarenakan lereng tersebut memiliki tingkat kestabilan lereng yang kecil. Dalam pengukuran topografi, alat yang digunakan yaitu total station seperti pada Gambar 2.8. Total station adalah teodolite yang sudah terhubung dengan alat pengukur jarak eletronik. Teodolite dibuat guna mengetahui sudut horizontal dan sudut vertikal dari suatu daerah [23]. Pengukuran topografi yang dilakukan akan menghasilkan file yang tersimpan pada alat tersebut. Kemudian file dapat dikonversi menjadi beberapa format diantaranya excel, autocad bahkan esri file.