TINDAKAN PENCEGAHAN KEGAGALAN AKIBAT PIPING PADA TANGGUL PENGARAH ALIRAN SUNGAI (016G)

(1)

TINDAKAN PENCEGAHAN KEGAGALAN AKIBAT “PIPING” PADA TANGGUL

PENGARAH ALIRAN SUNGAI

(016G)

Rivai Sargawi1, Anton Junaidi2

1

Alumni Magister Teknik Sipil Institut Teknolgi Bandung

Senior Geotetechnical Engineer, Geoservices Divisions, PT. Freeport Indonesia Main Office Building 2ndFloor, Tembagapura, Papua.

Email: Rivai_S@fmi.com;Rivai_bm@yahoo.com

2_{Alumni Magister Teknik Sipil Institut Teknolgi Bandung}

Senior Geotetechnical Engineer, Geoservices Divisions, PT. Freeport Indonesia Main Office Building 2ndFloor, Tembagapura, Papua.

Email: Anton_Junaidi@fmi.com

ABSTRAK

Pemeriksaan geoteknik secara berkala terhadap pengarah aliran air/tanggul di PT.Freeport Indonesia yang terbuat dari material timbunan sandy GRAVELL untuk mengetahui gejala ketidak stabilan menemukan rembesan (seepage) yang keluar pada badan timbunan yang berada pada lokasi tertentu. Salah satu dampak serius yang terjadi dengan adanya rembesan ini yaitu internal erosion yang atau juga dikenal dengan piping. Piping ini bisa mengakibatkan longsornya badan tanggul. Tindakan pencegahan yang dipilih yaitu pemasangan filter drainage pada kaki/toe tanggul di sisi hilir/downstream. Pemilihan alternative perbaikan yang dilakukan dengan menggunakan model numerik dengan bantuan software Seep/W. Penentuan koefisien permeabilitas pada badan tanggul menggunakan metode prediksi balik dengan cara mencari nilai permeabilitas lapangan dengan model numerik yang dibandingkan dengan hasil pengukuran debit air yang keluar dari dalam timbunan kemudian dibandingkan korelasi koefisien permeabilitas yang ada terhadap material timbunan. Efektivitas pemasangan filter drainage pada kaki tanggul akan dibahas dalam paper ini dengan membandingkan pola aliran seepage yang terjadi pada badan tanggul setelah dan sesudah pemasangan filter drainage. Drainase ini dipasang sepanjang daerah yang mengalami seepage. Berdasarkan hasil pengamatan setelah pemasangan dranase ini menunjukkan bahwa saluran draianse pada kaki timbunan berfungsi dengan baik ditandai dengan tidak dijumpai lagi rembesan pada kaki timbunan.

Kata kunci: Seepage, Piping, tanggul, seepage drain

1. PENDAHULUAN

Pemeriksaan geoteknik secara berkala terhadap pengarah aliran air/tanggul di PT.Freeport Indonesia yang terbuat dari material timbunan sandy GRAVELL untuk mengetahui gejala ketidak stabilan menemukan rembesan (seepage) yang keluar pada badan timbunan yang berada pada lokasi tertentu. Salah satu dampak serius yang terjadi dengan adanya rembesan ini yaitu internal erosion yang atau juga dikenal dengan piping. Piping ini bisa mengakibatkan longsornya badan tanggul. Tindakan pencegahan yang dipilih yaitu pemasangan filter drainage pada kaki/toe tanggul di sisi hilir/downstream. Pemilihan alternative perbaikan yang dilakukan dengan menggunakan model numerik dengan bantuan software Seep/W. Penentuan koefisien permeabilitas pada badan tanggul menggunakan metode prediksi balik dengan cara mencari nilai permeabilitas lapangan dengan model numerik yang dibandingkan dengan hasil pengukuran debit air yang keluar dari dalam timbunan kemudian dibandingkan korelasi koefisien permeabilitas yang ada terhadap material timbunan. Efektivitas pemasangan filter drainage pada kaki tanggul akan dibahas dalam paper ini dengan membandingkan pola aliran seepage yang terjadi pada badan tanggul setelah dan sesudah pemasangan filter drainage. Drainase ini dipasang sepanjang daerah yang mengalami seepage. Berdasarkan hasil pengamatan setelah pemasangan dranase ini menunjukkan bahwa saluran draianse pada kaki timbunan berfungsi dengan baik ditandai dengan tidak dijumpai lagi rembesan pada kaki timbunan.

(2)

Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)

G - 26 Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013

2. STUDI LITERATURE

1. Mekanisme terjadinya gejala piping di dalam tanggul

Piping terjadi diakibatkan oleh proses terus menerusnya aliran air didalam tanggul. Material timbunan tanggul yang terbuat dari lempung akan lebih tahan terhadap erosi dibanding dengan material pasir atau lanau (Srbulov, 1988). Ada empat kondisi yang harus terpenuhi agar terjadi piping failure (Fell et al, 2005) yaitu: 1) ada aliran seepage dan sumber air, 2) ada material yang mudah tergerus oleh air dan material ini mudah terbwa oleh air, 3) tidak adanya perlindungan pada kaki tanggul untuk menghalangi material yang terbawa air tersebut agar tidak terbawa keluar, 4) material tanggul tersebut mampu membentuk rongga dan bertahan terhadap aliran air yang lewat dibawahnya.

Gejala piping ini terjadi pada 3 bagian (Fell, 1999) yaitu; 1) terjadi di dalam tanggul, 2) terjadi dari tanggul ke tanah pondasi, 3) terjadi pada tanah pondasi. Ilustrasi dari piping ini ditunjukkan pada gambar-1 berikut:

1) terjadi di dalam tanggul

2) terjadi dari tanggul ke tanah pondasi

3) terjadi pada tanah pondasi

Gambar 1 Mekanisme Piping yang Terjadi Pada Tanggul

2. Catatan riwayat keruntuhan tanggul

Study yang dilakukan oleh beberapa peneliti menunjukan bahwa salah satu penyebab terbesar kegagalan tanggul adalah piping (Foster et al. 2000), kegagalan akibat piping ini memiliki kontribusi sebesar 31% untuk kegagalan sebuah tanggul yang artinya 1 dari 3 tanggul yang gagal disebabkan oleh piping ini (Azam, S. and Q. Li ,2010). Penelitian lain menyimpulkan kegagalan tanggu akibat piping ini adalah sebesar 48% (Foster et al. 1999). Statistik yang telah dilakukan oleh beberapa penelitian yang menunjukkan besarnya kemungkinan untuk kegagalan sebuah tanggul membuat PT Freeport dibawah departemen Civil Geotechnical dan Hydrology melakukan assessment. Hasil akhir dari assessment ini yaitu memeriksa kondisi tanggul apakah perlu perbaikan atau tidak,

(3)

selain itu memberikan masukan untuk melakukan rencana perbaikan tanggul sehingga mampu meminimalisir potensi piping.

Tabel-1 menunjukkan beberapa penyebab terjadinya keruntuhan pada tanggul. Terdapat 2 penyebab utama terjadinya keruntuhan pada tanggul yaitu akibat overtopping dan akibat seepage. Kegagalan lereng tanggul akibat gempa kemungkinan terjadinya sangat kecil mengingat biasanya para desainer telah mempertimbangkan hal ini dalam desain. Pertimbangan desain untuk menghindari terjadinya piping cukup kompleks karena harus mempertimbangkan distribusi butiran dari material timbunan maupun material tanah dasarnya.

3. STUDI KASUS

Geometri Dan Kondisi Geoteknik Tanggul

Pada paper ini akan dibahas bagian dari tanggul yang dibangun di PT.Freeport Indonesia. Panjang tanggul pengarah ini terletak pada kedua sisi sungai dengan panjang 50 km. Pada gambar-2 ditunjukkan geometri tanggul pengarah aliran air tersebut. Lapisan pondasi terdiri dari lapisan material silty clay dimana berdasarkan hasil pengujian analisis saringan pada lab test didapat D10= 0.009 mm

Gambar 2 Geometri dan Lapisan Pondasi Pada Tanggul

Proses rembesan air yang terjadi pada tanggul pengarah aliran terjadi di beberapa lokasi yang airnya mengalir di dekat tanggul. Hasil peninjauan lapangan ditemukan beberapa lokasi bagian dari tanggul yang terdapat genangan air. Genangan air ini diduga berasal dari rembesan air dari badan tanggul seperti tampak pada gambar-1.

(4)

Tabel-1 Statistik kegagalan pada timbunan besar untuk Tanggul/DAM sampai tahun 1986 (Fell, et al, 2000)

Semua kegagalan Kegagalan selama masa layan Semua kegagalan Kegagalan selama masa layan Semua kegagalan Kegagalan selama masa layan Overtopping and appurtenant

Overtopping 46 40 35.9 34.2 4.1 3.6 Spillway–gate 16 15 12.5 12.8 1.4 1.3 Subtotal 62 55 48.4 47.0 5.5 4.9 Piping Through embankment 39 38 30.5 32.5 3.5 3.4 Through foundation 19 18 14.8 15.4 1.7 1.6

From embankment into foundation 2 2 1.6 1.7 0.18 0.18

Subtotal 59 57 46.1 48.7 5.3 5.1 S lides Downstream 6 4 4.7 3.4 0.54 0.36 Upstream 1 1 0.8 0.9 0.09 0.09 Subtotal 7 5 5.5 4.3 0.63 0.45 Earthquake–liquefaction 2 2 1.6 1.7 0.18 0.18 Unknown mode 8 7

Total no. of failures 136 124 12.2 (1.2%) 11.1 (1.1%)

Total no. of failures where mode of failure known 128 117

No. of embankment dams 11 192 11 192

Jumlah Kasus Persentase Kegagalan Frekuensi Rata-rata kegagalan Tipe Kegagalan

(5)

Gambar 3 Kondisi Dilapangan Rembesan Pada Badan Tanggul

Parameter Desain Dalam Analisis Rembesan

Material timbunan tanggul berupa campuran antara pasir, gravel and bongkahan batu yang memiliki diameter yang bervariasi. Test pemadatan dan juga analisis saringan dilakukan untuk mengetahui kualitas timbunan apakah sudah sesuai dengan yang telah direncanakan. Pada gambar-4 dibawah ditunjukkan hasil analisis saringan dari beberapa lokasi timbunan tanggul. Gambar-4 menunjukkan material timbunan ini terdiri dari gravel dengan campuran bongkahan batu sebesar 70-90 persen dan pasir terdiri dari 10-30 persen.

Gambar 4 Hasil Analisis Saringan Pada Material Tanggul

Pemilihan nilai permeabilitas dilapangan didapat dengan menggunakan korelasi dari Hazen (1911), dimana koefisien permeabilitas diformulasikan dengan:

k (cm/s) = c.D102

dimana c bervariasi dari 100~150 cm/s

Pada Tabel-2 berikut ditunjukkan nilai koefisien permeabilitas berdasarkan hasil analisis saringan yang telah dilakukan.

(6)

Tabel-2 Nilai Koefisien permeabilitas pada badan tanggul

Perbaikan Tanah Untuk Mengurangi Resiko Remebesan Pada Badan Tanggul

Proses perbaikan tanggul ini dilakukan dengan menguikuti langkah-langkah yaitu: 1. Pemetaan lokasi yang mengalami rembesan, 2. Pemilihan alternative perbaikan tanah yang memungkinkan untuk dikerjakan, 3. Melakukan pengujian secara numeric untuk menentukan hasil perbaikan yang optimal, 4. Pemilihan material dan pengawasan pelaksanaan pekerjaan, 5. Melakukan review kehandalan pemilihan perbaikan yang terpilih.

Pada gambar-5 menunjukkan tipikal geometri dari tanggul yang mengalami rembesan yang terjadi pada kaki lereng bagian atas. Pemasangan drainase pada kaki lereng merupakan salah satu alternative perkuatan yang terpilih. Pemilihan ini dilakukan dengan melakukan analisis finite differences dengan program SLIDE dari rocsciences untuk menentukan besarnya debit aliran air yang masuk kedalam saluran drainase kaki tersebut yang hasilnya dibandingkan pengukuran dilapangan (pengukuran dilakukan setelah pekerjaan ini selesai).

Gambar 5 Mekanisme Rembesan Yang Terjadi Pada Badan Tangggul

Gambar 6 Flow yang Terjadi Pada Levee Tanpa Adanya Subdrain

.7=0.

!9A0<9?8/

)::0<9?8/

@0<,20

"0>9/0,D085.7=0.

77

(7)

Gambar 7 Flow yang Terjadi Pada Levee dengan Adanya Subdrain

Gambar 8 Desain Penanganan Masalah Rembesan dengan Pemasangan Drainase Pada Kaki Tanggul

(8)

c) pemasangan subdrain didalam cross drainage

Gambar 9 Penanganan Masalah Rembesan dengan Pemasangan Drainase Pada Kaki Tanggul

Pelaksanan Pekerjaan Perbaikan Tanggul Dan Pemilihan Material Filter

Pada gambar-8 dan gambar-9 ditunjukkan typical pemasangan toe drainage. Drainase yang dipasang tegak lurus terhadap tanggul dipasang dengan jarak 200m sebagai collector air pada toe drainage. Pemilihan geotextile sebagai filter dengan menggunakan harus memenuhi kriteria:

a. Permeabilitas dari geotekstile

b. Retensi/kemamouan menahan material c. Porositas dari material geotekstil d. Ketebalan geotekstile

4. KESIMPULAN

Permasalahan piping pada tanggul merupakan salah satu masalah yang seringkali terlupakan oleh perencana dalam tahap desain. Tiga kemungkinan keruntuhan pada tanggul yang menahan atau mengarahkan air yang terus mengalir pada level tertentu yaitu: air mengalir melalui badan tanggul, air mengalir dari badan tanggul kemudian masuk ke tanah dasar, air mengalir melalui tanah dasar. Analsisis piping sangat erat kaitannya dengan koefisien permeabilitas tanah timbunan maupun tanah dasar. Koefisien permebailitas lapangan untuk kebutuhan praktis menggunakan korelasi ukuran butiran material tanggul. Pemasangan drainase kaki/toe drainage pada lokasi study ini cukup mampu mengalirkan air dimana terbukti dilapangan tidak ditemui lagi adanya air yang menggenang yang diakibatkan oleh aliran air dari dalam tanggul.

REFERENCES

Foster, M., Fell, R., and Spannagle, M. 2000. The statistics of embankment dam failures and accidents. Canadian Geotechnical Journal, 37: 1000–1024.

Azam, S. and Q. Li (2010). Tailings Dam Failures: A Review of the Last One Hundred Years. Geotechnical News: 50-53.

Hazen, A., Discussion of “Dams on Sand Foundation” by A. C. Koenig, Trans., Am. Soc. Civ. Eng., vol. 73, p. 199, 1911

TINDAKAN PENCEGAHAN KEGAGALAN AKIBAT PIPING PADA TANGGUL PENGARAH ALIRAN SUNGAI (016G)