INTEGRASI DATA RESISTIVITAS 2D DENGAN PARAMETER FISIS DAN MEKANIS TANAH UNTUK EVALUASI DAYA DUKU TANAH (STUDI KASUS: RUAS JALAN KAWASAN JIIPE , MANYAR, GRESIK)

## Billy Dovan Yuspancana, Widya Utama, Moh. Singgih Purwanto, Ayi Syaeful Bahri
Departemen Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Sipil Lingkungan dan Kebumian, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
e-mail: billydovan97@gmail.com
Abstrak. Kawasan Industri JIIPE terletak di Kecamatan Manyar, Kabupaten Gresik yang geologi lapisan dangkalnya didominasi oleh lempung yang merupakan tanah lunak. Tanah lempung memiliki sifat plastis dan kuat geser yang rendah, kondisi tersebut akan menimbulkan deformasi yang besar pada lempung bila pembebanan  melebihi  kapasitas  daya  dukungnya.  Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  nilai daya dukung tanah kondisi lapangan melalui integrasi data geofisika dengan parameter sifat fisis dan mekanis tanah.  Data  geofisika  didapatkan  dari  pengukuran  metode  geolistrik  dengan  hasil  data  berupa penampang  resistivitas  2D.  Konfigurasi  Wenner-Schlumberger  diterapkan  pada  pengambilan  data geolistrik dengan tujuan mendapatkan resolusi vertikal dan horizontal yang baik. Penampang resistivitas mempunyai  peranan  sebagai  dasar  dalam  penentuan  batas  lapisan  tanah  serta  ketebalan  material timbunan.  Dari  penampang  resistivitas  yang  didapat,  dilakukan  pengelompokkan  nilai  resistivitas berdasarkan jenis tanah di lokasi penelitian dengan bantuan data pembanding meliputi data kadar air dan data borelog. Nilai resistivitas kecil pada penampang didefinisikan sebagai tanah lempung dengan rentang nilai 0.1 Ωm -5.5 Ωm, diikuti dengan rentang resistivitas 5.5 - 6.4 Ωm didefinisikan sebagai pasir, dan 6.4 - 170 Ωm sebagai material timbunan karbonat. Hasil dari integrasi data resistivitas 2D dengan parameter fisis dan mekanis didapatkan nilai daya dukung tanah pada lintasan 3, 4, 5, dan 6 pengukuran geolistrik beruturut-turut senilai 54.5 kN/m 2 , 58.4 kN/m 2 , 56.2 kN/m 2 , dan 51.7 kN/m 2 . Kata Kunci: daya dukung tanah; parameter fisis dan mekanis; resistivitas
Abstract. JIIPE Industrial Estate is located in Manyar District, Gresik Regency. The geology of the shallow layer is dominated by clay which include to the type soft soil. Clay has low bearing capacity and plastic property that will cause large deformations on the ground if the load exceeds its bearing capacity. This research was conducted to determine the value of soil bearing capacity on existing conditions based on integration of geophysical field with physical and mechanical properties of soil parameters.  Geophysical data obtained from the measurement of geoelectric methods with the results of data in the form of 2D resistivity  cross  sections.  Wenner-Schlumberger  configuration  is  applied  to  geoelectric  data  acquisition with the aim of obtaining good vertical and horizontal resolution. The resistivity section has a role as a basis for determining soil boundaries and the thickness of embankment material. From the resistivity cross section, grouping the resistivity values based on the type of soil at the research location was carried out with  the help  of  comparative  data including water  content data  and  borelog  data.  The  small resistivity value in the cross section is defined as clay with a value range of 0.1Ωm - 5.5 Ωm, followed by a resistivity range of 5.56.4Ωm defined as sand, and 6.4-170 Ωm as carbonate embankment  material. The results of the  integration  of  2D  resistivity  data  with  physical  and  mechanical  parameters  obtained  values  of  soil bearing  capacity  on  3,  4,  5,  and  6  line  of  geoelectric  measurements  of  54.5  kN/m 2 ,  58.4  kN/m 2 ,  56.2 kN/m 2 respectively. Keywords: bearing capacity; physical and mechanical parameters; resistivity

## PENDAHULUAN
Menurut Departemen Pekerjaan Umum (2005) tanah lunak adalah tanah yang memiliki kuat geser kurang  dari  40  kPa  dengan  kompresibilitas  yang tinggi.  Permasalahan  tanah  lunak  ini  juga  terdapat pada wilayah penelitian yang terletak di Kecamatan
Manyar,  Gresik  dengan  geologi  lapisan  dangkal pada  wilayah  ini  didominasi  oleh  lempung  (J. Supandjono  dkk.,  1992).  Penimbunan  pada  tanah lempung  untuk  konstruksi  jalan  dapat  mengalami kegagalan karena daya dukung dari lempung sendiri yang  tidak  mampu  menerima  beban  dari  material
timbunan.  Kegagalan  penimbunan  yang  dimaksud seperti terjadinya deformasi drastis yang diindikasikan dengan adanya amblesan – amblesan di  permukaan  seperti  kasus  yang  terdapat  pada lokasi  penelitian  yaitu  ruas  jalan  kawasan  industri Java Integrated Industrial and Port Estate (JIIPE). Permasalahan  ini  dapat  diidentifikasi  dari bidang  geofisika  dengan  mengetahui  sejauh  mana deformasi  yang  telah  terjadi  pada  tanah  lunak  di bawah  material  timbunan,  salah  satunya  dengan menggunakan metode geolistrik. Metode Geolistrik tahanan  jenis  yang  memanfaatkan  perbedaan  nilai potensial dari injeksi kuat arus mampu memberikan gambaran  yang  baik  terkait  bawah  permukaan melalui  penampang  sebaran  nilai  resistivitas  yang dihasilkan (Lida Maulida, 2013). Proses perhitungan untuk  mengetahui  nilai  daya  dukung  optimum tanah  dari  wilayah  penelitian  dapat  dilakukan dengan  memasukkan  nilai  parameter  fisis  dan mekanis tanah kedalam geometri bawah permukaan  yang  didapatkan  dari  penampang resistivitas.

## TINJAUAN PUSTAKA Geologi Daerah Pengukuran

## Gambar 1. Peta Geologi Regional Wilayah Penelitian
Area penelitian Kawasan Industri JIIPE terletak pada  Wilayah  Kecamatan  Manyar,  Kabupaten Gresik  dengan  kondisi  geologi  tersusun  oleh endapan alluvium (Qa)  yang  secara  langsung berhadapan dengan Pulau Madura di bagian Timur. Sesuai  dengan  gambar  (2.1)  lokasi  penelitian didominasi  oleh  lempung.  Endapan  aluvium  ini terbentuk  pada  masa  Holosen  yang  berbatasan langsung  dengan  Laut  Selat  Madura.  Endapan sedimen  sepanjang  Selat  Madura  dibentuk  oleh endapan pantai yang masuk ke daratan sampai ± 5 km.  Berdasarkan  Peta  Geologi  Lembar  Surabaya dan  Sapulu  (J.  Supandjono  dkk.,  1992)  endapan
alluvium di  daerah  penelitian  terdiri  atas  kerikil, pasir,  lempung,  dan  pecahan  cangkang  fosil  di beberapa tempat.

## Metode Resistivity
Tujuan  dari  survei  geolistrik  adalah  untuk menentukan distribusi resistivitas bawah permukaan  dengan  melakukan  pengukuran  pada permukaan  tanah.  Pengukuran  metode  resistivitas dilakukan  dengan  menginjeksikan  arus  ke  tanah melalui  dua  elektroda  arus  (C1  dan  C2),  dan mengukur  perbedaan  tegangan  yang  dihasilkan pada dua elektroda potensial (P1 dan P2).
Gambar 2. Aliran arus pada benda silinder (W. M.

## Telford, 1990)
Penerapan  secara  sederhana  tampak  pada Gambar  2  yaitu  terhadap  benda  silinder  yang memiliki    hambatan  jenis  ( ρ),  arus  listrik  (I),  maka akan berbanding lurus dengan luas penampang (A) dan  beda  potensial  antara  ujung- ujungnya  (ΔV), namun berbanding terbalik dengan panjangnya (L).
(1)
Konfigurasi Wenner-Schlumberger
memiliki
pemetaan  distribusi  nilai  resistivitas  yang  cukup baik  secara  horizontal  maupun  vertikal  bila dibandingkan dengan konfigurasi yang lain (Arsyadi, 2017;  Winarti,  2013).  Nilai  K  untuk  konfigurasi Wenner-Schlumberger sebagai berikut:
(2)
Metode Inverse Distance Weighting Inverse  Distance  Weighting  (IDW) merupakan teknik  interpolasi  yang  memperhitungkan  adanya hubungan  letak  ruang  atau  jarak,  dan  merupakan kombinasi  linier  atau  harga  rata-rata  terbobot  dari titik  data  yang  ada  disekitarnya.  Tujuan  dari penggunaan  fungsi inverse  distance sebagai estimator adalah  memberikan  bobot  lebih  pada sampel tedekat, maka hanya dipertimbangkan nilai bulat  dari  parameter  terdekat.  Metode  IDW umumnya terselesaikan dengan persamaan berikut.
d i0 = jarak  antar titik pengamatan  ke-l  dengan titik yang diduga p = power (bilangan bulat) (Pramono, 2008) Daya Dukung Tanah Kapasitas/daya  dukung  tanah (bearing  capacity) adalah  kekuatan  tanah  untuk  menahan  suatu beban  yang  bekerja  padanya  yang  biasanya disalurkan melalui pondasi. Kapasitas/daya dukung ultimit ( ultimate bearing capacity) (q u ) didefinisikan sebagai  beban  maksimum  persatuan  luas  saat tanah  masih  dapat  mendukung  beban  dengan tanpa  mengalami  keruntuhan.  Bila  diturunkan kedalam fungsi matematis yaitu sebagai berikut:
(4) Dengan qu adalah kapasitas dukung batas (kN/m 2 ), Pu  adalah  beban  batas  (kN),  dan  A  adalah  luas beban (m 2 ) (Hardiyatmo, 2003).

## METODOLOGI
Tahap-tahap  penelitian  yang  dilakukan  dapat dilihat  lebih  lanjut  pada  Gambar  3  mengenai  alur kerja penelitian yaitu sebagai berikut. Pengumpulan data  dilakukan  dengan  menggunakan  metode primer  dan  sekunder.  Dalam  penelitian  ini, pengambilan  data  primer  dilakukan  dengan pengukuran  tahanan  jenis  langsung  di  area  ruas jalan  Kawasan  Industri  JIIPE.    Hasil  dari pengumpulan data sekunder ini adalah data geologi area penelitian, parameter fisis dan mekanis tanah asli di lokasi tersebut berdasarkan uji laboratorium mekanika tanah.
Data  primer  hasil  pengukuran  meliputi  nilai perbedaan  potensial  antara  dua  elektroda  MN (mV),  nilai  kuat  arus  yang  diinjeksikan  ke  dalam bumi melalui elektroda AB (mA), nilai spontaneous potential (sp)  dan  nilai  resistivitas  sem u  ρ a (Ωm) hasil  perhitungan  alat  MAE.  Dilakukan  proses inversi  data  berformat  .dat  yang  telah  disusun dengan  metode least  square inversion untuk mendapatkan model resistivitas sebenarnya bawah permukaan.
Kemudian  dilakukan  interpolasi  data  dengan metode Inverse  Distance  Weighting  (IDW) yang prosesnya melibatkan nilai resistivitas beserta jarak yang dimiliki terhadap zona target interpolasi yang dikehendaki.  Hasil  Interpolasi  yang  dihasilkan berupa fence  diagram nilai  resistivitas  dengan target  interpolasi  kedalaman  maksimum  sedalam 10 meter.
Pada  proses clustering ,  data  resistivitas dikorelasikan  dengan  data  uji  lab  mekanika  tanah meliputi  nilai  kadar  air  sampel  lempung  dan  data sekunder  meliputi  nilai  N-SPT  dari  data Borelog. Tahap  ini  berguna  untuk  memudahkan  penulis dalam  menentukan  batasan  antar  lapisan  tanah material dan endapan aslinya.

## Gambar 3. Alur Kerja Penelitian
Geometri hasil clustering data resistivitas pada subbab  sebelumnya  merupakan  acuan  yang digunakan  untuk  menentukan  ketebalan  material timbunan  serta  acuan  dalam  penentuan  bidang batas  material  timbunan  dan  endapan  tanah  asli. Untuk penentuan nilai daya dukung juga diperlukan data fisis dan mekanis tanah meliputi berat isi jenuh dan  tak  jenuh,  koefisien  permeabilitas,  modulus young , poisson ratio, kohesi, sudut gesek dan sudut dilatansi.
Penentuan  nilai  daya  dukung  tanah  dilakukan melalui  analisis  konsolidasi  dengan  metode finite element .  Dengan  analisis  konsolidasi,  dapat menghitung perpindahan total yang ditentukan dari perpindahan  masing  masing  titik  nodal  elemen segitiga  hingga.  Oleh  itu  untuk  pengecekan  beban optimum  dari existing  condition digunakan  analisis konsolidasi dengan pendugaan beban awal sebesar 100 kN.
Dari  hasil  analisis  konsolidasi  dilakukan crossplot untuk  menarik  hubungan  antara  nilai tahapan pembebanan dengan deformasinya. Untuk mendapatkan  nilai  daya  dukung  batas  (q  ult) dilakukan crossplot antara  nilai  perpindahan  total dengan faktor pengali.

## Gambar 4. Kurva Faktor Pengali Beban vs Perpindahan Total
Pembelokan  arah  yang  terjadi  pada  kurva pengali  beban  terhadap  perpindahan  total merupakan  indikasi  bahwa  formasi  tanah  telah mencapai batas maksimum untuk mampu mempertahankan penurunan secara efektif. Sesaat sebelum pembelokan kurva merupakan nilai beban optimum  penampang  yang  telah  didefinisikan sebelumnya,  yang  berarti  nilai  beban  optimum adalah nilai daya dukung yang dimiliki penampang.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Penampang Resistivitas 2D
Metode  inversi  yang  dianggap  paling  cocok adalah metode least-square karena inversi jenis ini memiliki  sensitivitas  tinggi  terhadap  kontras resistivitas antar jenis material batuan sehingga dari penampang hasil dapat diketahui ketebalan batuan timbunan  dan  arah  pergerakan  lempung  yang merupakan  target  pengukuran.  Masing-masing penampang  resistivitas  yang  dihasilkan  memiliki rentang error mulai  mulai  2%  hingga  6  %,  yang
berarti validitas penampang bernilai mulai dari 94% hingga 98%.
Gambar 5 Penampang Resistivitas Lintasan 4
Gambar  5  menunjukkan  sampel  penampang resistivitas  2D  hasil  pengukuran  geolistrik  lintasan dengan  panjang  lintasan  24  meter  berorientasi Barat-Timur. Secara umum sebaran nilai resistivitas lintasan  4  telah  merepresentasikan  lintasan  yang lain.  Pada bagian awal lintasan hingga meter ke 12 terdapat  lapisan  yang  diduga  material  timbunan dengan  ketebalan  3.46  m  dari  permukaan  yang diindikasikan oleh rentang resistivitas sebesar 6.50 Ωm  hingga  33.2  Ωm.  Sementara  pada  lintasan meter  ke  12  hingga  titik  akhir  lintasan  diduga terdapat material timbunan baru dengan ketebalan 2.5  meter  dari  permukaan  yang  diindikasikan  oleh rentang resistivitas 6.50 Ωm hingga 80 Ωm. Lapisan di  bawah  material  timbunan  terdapat  diduga sebagai  lapisan  pasir  dengan  indikasi  nilai resistivitas 4.25 Ωm hingga 6.50 Ωm dan diikuti oleh endapan  asli  berupa  lempung  dengan  indikasi  nilai resistivitas 1.28 Ωm hingga 4.25 Ωm.
Interpolasi dan Clustering Data Resistivitas Gambar  6  menunjukkan fence  diagrams hasil interpolasi  yang  sesuai  dengan  hasil  interpretasi pada subab 4.2.1. Secara umum material timbunan pada  sisi  Barat  memiliki  rentang  nilai  resistivitas yang  lebih  kecil  daripada  sisi  Timur  yang penyebabnya  diduga  karena  periode  penimbunan yang  berbeda  serta  faktor  lingkungan  yang  lebih banyak  mempengaruhi  material  timbunan  di  sisi Barat jalan.
Data  pendukung  dalam  proses clustering meliputi  nilai  kadar  air  dan  N-SPT borelog. Nilai kadar  air  hasil  uji  laboratorium  mekanika  tanah secara umum menunjukkan yang tinggi yaitu diatas 75%.  Sementara  nilai  N-SPT  pada  data borelog secara  umum  menunjukkan  nilai  yang  sangat rendah  yaitu  di  bawah  2  yang  berarti  material lempung  memiliki  tekstur very  soft akibat kandungan air yang tinggi.
Analisis Daya Dukung Batas Tanah
Tabel 1. Parameter Fisis dan Mekanik Area Penelitian
Material model Unit Limestone Clay Sand Soil unit weight above phreatic level kN/m3 18.838 14.5 12.06 Soil unit weight below phreatic level kN/m3 18.838 14.5 12.06 Permeabilitas m/hari 0.00432 8.64E-05 8.64 Koefisien konsolidasi m2/hari 0.0000294 8.64E-05 8.64 Modulus Young kN/m2 6965.536842 1723.68932 8139.6 44 Modulus Oedometric Mpa 8.21 13.7464223 15.261 83 Poisson ratio - 0.24 0.45 0.25 Kohesi kN/m2 5.13 5.19 3.43 Sudut friksi ᵒ 43.84ᵒ 6ᵒ 6ᵒ30'
Tabel  1  menunjukkan  parameter  yang digunakan  dalam  analisis  daya  dukung  batas. Parameter uji lab dilakukan pada tahun 2011 untuk lapisan  pasir  dan  lempung.  Untuk  parameter limestone yang dipakai adalah data uji lab Maulana (2018).
Gambar  7  merupakan  sampel  yang  diambil untuk  menunjukkan  perpindahan  total  dari  analisis
konsolidasi  yang  dilakukan  pada  penampang lintasan 4  dengan nilai  sebesar 0.719 meter.  Panah merah  yang  terdapat  pada  penampang  merupakan vektor arah perpindahan tanah yang terbentuk dari penjumlahan  perpindahan  vertikal  dan  horizontal titik  nodal  yang  merupakan  tools  yang  digunakan untuk pendekatan dalam perhitungan metode finite element.  Setiap  vektor  tanah  yang  nampak  pada penampang  memiliki  nilai  numerik  masing-masing. Untuk  penentuan  daya  dukung  tanahnya,  nilai  dari masing masing vektor harus diubah kedalam bentuk kurva.
Masing  masing  kurva  pada  gambar  8 menunjukkan  kurva  nilai  faktor  pengali  terhadap perpindahan  total  pada  masing-masing  lintasan. Sesuai  dengan  penjelasan  sebelumnya  bahwa penentuan  daya  dukung  batas  dapat  diamati  dari pembelokkan  kurva  penambahan  nilai  beban terhadap  perpindahannya.  Nilai  beban  sesaat sebelum  pembelokan  kurva  disebut  dengan  beban optimum  yang  dijadikan  sebagai  nilai  daya  dukung batas (q ult). Untuk mengetahui daya dukung batas dilakukan  dengan  cara  mengalikan  nilai  faktor pengali dengan penentuan beban awal perhitungan yang ditentukan sebelumnya yaitu sebesar 100 kN.
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan, secara  berturut-turut  nilai  daya  dukung  batas  dari lintasan  3,  4,  5,  dan  6  adalah  54.5  kN/m2,  58.4 kN/m2, 56.2 kN/m2,  dan  51.7  kN/  m2.  Secara umum  nilai  daya  dukung  ini  dianggap  kurang  baik. Pernyataan  tersebut  dibuat  karena  area  penelitian merupakan  akses  yang  digunakan  truk  pembawa material  timbunan.  Berdasarkan  referensi  yang didapatkan berat maksimal truk beserta muatannya mencapai  10  ton  atau  100  kN,  sehingga  perlu dilakukan  upaya  perbaikan  untuk  menanggulangi masalah tersebut.
Gambar 7. Perpindahan Total Lintasan 4 dengan Beban
100 kN.

## PENUTUP
Simpulan Kesimpulan yang didapatkan dari hasil penelitian yang telah dilakukan adalah:
1) Material timbunan  memiliki ketebalan  dari  2.5 m  hingga  3.46  m  dengan  rentang  resistivitas 6.50  Ωm  hingga  80  Ωm.  Lapisan  pasir  dengan rentang  resistivitas  4.25  Ωm  hingga  6.50  Ωm. Endapan  lempung  dengan  rentang  resistivitas 1.28 Ωm hingga 4.25 Ωm.
2) Nilai  daya  dukung  batas  pada  lintasan  3,  4,  5, dan  6  pengukuran  geolistrik  berturut-turut senilai  54.5  kN/m2,  58.4  kN/m2,  56.2  kN/m2, dan 51.7 kN/ m2 dianggap kurang baik..

## Saran
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan, didapatkan saran untuk peneliti selanjutnya sebagai berikut:
1) Menambah parameter data topografi dari hasil foto udara sebagai input tambahan saat proses analisis konsolidasi untuk meningkatkan keakuratan analisis.
2) Mendapatkan  data  primer  meliputi  parameter fisis  dan  mekanis  tanah  melalui  uji  lab mekanika tanah supaya evaluasi  lebih representatif.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terimakasih  penulis sampaikan  kepada PT. BKMS (Berkah Kawasan Manyar Sejahtera) yang telah  memberikan  izin  kepada  penulis  untuk melakukan penelitian di Kawasan Industri JIIPE.

## DAFTAR PUSTAKA
Arsyadi,  A.Q.  (2017), Identifikasi  Persebaran  Air  Lindi  Di Tpa Ngipik Kabupaten Gresik Dengan Menggunakan Metode Resistivitas 2d Konfigurasi Wenner-Schlumberger , Undergraduate,  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember. Diambil dari http://repository.its.ac.id/42009/.
Departemen  Pekerjaan  Umum  (2005), Pedoman Konstruksi  dan  Bangunan:Stabilitas  Dangkal Tanah Lunak untuk Konstruksi Timbunan Jalan .
H.C. Hardiyatmo (2002), Mekanika Tanah I , Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
H.C.  Hardiyatmo  (2003), Mekanika  Tanah  II ,  Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
J.  Supandjono,  K.  Hasan,  H.P.  dan  D.  Satria,  S.  (1992), Peta  Geologi  Lembar  Surabaya-  Sapulu,  Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi,
Bandung .
Lida  Maulida  (2013), Geolistrik ,  FST  UIN  Sunan  Gunung Djati, Bandung.
Pramono,  G.H.  (2008), AKURASI  METODE  IDW  DAN KRIGING UNTUK INTERPOLASI SEBARAN SEDIMEN  TERSUSPENSI  DI  MAROS,  SULAWESI SELATAN , Diambil dari http://publikasiilmiah.ums.ac.id/handle/11617/ 298.
W.  M.  Telford,  L.  P.  Geldart  and  R.  E.  Sheriff  (1990), Applied  Geophysics  Second  Edition.  Cambridge University Press
Gambar 8. Kurva Faktor Pengali Pembebanan terhadap Perpindahan