III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah dan Laboratorium Hidrolika Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Waktu penelitian dilaksanakan dari bulan Mei sampai Agustus 2009.
B. Bahan dan Alat
1. Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini : a.
Tanah gleisol yang berasal dari Kebon Duren, Depok, Jawa Barat yang terletak pada 106
49´13. 7˝ BT dan 06
β6´55.1˝ LS peta lokasi disajikan pada Lampiran 1
b. Lem acrylic dan katalis
c. Larutan H
2
O
2
6 d.
Kertas saring e.
Air destilasi.
2. Alat
a. Hidrometer
b. Timbangan
c. Kotak model tanggul
d. Gelas ukur
e. Wadahember
f. Ring sampel
g. Saringan mesh 4760 m,
2000 m, 840 m, 420 m, 250 m, 105 m, dan 75
m h.
Penumbuk tanah i.
Oven dan desikator j.
Falling head permeameter k.
Proctor l.
Kotak tumbuk manual m.
Stopwatch n.
Pipa dan selang o.
Penggaris p.
Sprayer dan corong q.
Piknometer r.
Termometer s.
Kamera digital t.
Sand box dan wide range pF meter
.
C. Metode Pelaksanaan
Data yang dikumpulkan meliputi data primer dan data sekunder. Data sekunder diperoleh dengan studi pustaka. Data sekunder ini diperoleh dari
literatur-literatur dan internet, sedangkan data primer diperoleh dengan pengukuran dan perhitungan sifat fisik dan mekanik tanah. Pengukuran sifat fisik
tanah meliputi: 1. Pengambilan Contoh Tanah dan Uji Tekstur
Bahan yang digunakan untuk membuat model tanggul adalah contoh tanah tidak utuh terganggu. Contoh tanah ini diambil dengan cangkul pada
kedalaman 20-40 cm. Tanah kemudian dikeringkan dengan cara dianginkan untuk mengurangi kadar airnya sehingga memudahkan dalam pengayakan.
Tanah yang kering selanjutnya disaring menggunakan saringan ukuran mesh 4760 m sesuai dengan persyaratan uji pemadatan standar JIS A 1210-1980.
Uji tekstur tanah terlebih dahulu dilakukan dengan metode hidrometer. Uji tekstur terutama bertujuan untuk mengetahui kandungan liat tanah yang
digunakan. Semakin banyak kandungan liat maka tanggul yang terbentuk semakin baik.
Hidrometer a Larutan H
2
O
2
b Gambar 6. Alat dan bahan uji tekstur
Metode yang digunakan untuk uji tekstur adalah metode yang merupakan standar JIS A 1204 -1980. Tanah yang lolos saringan 2000 µm 2 mm diukur
kadar air dan konstanta hidrometernya. Dalam pengukuran konstanta
hidrometer, tanah ditambahkan larutan H
2
O
2
6 sebanyak 100 ml dengan tujuan untuk menghilangkan bahan organiknya. Larutan tanah dimasukkan ke
dalam oven dan didiamkan selama 1 jam, kemudian ditambahkan air destilasi sebanyak 100 ml. Larutan didiamkan selama ±18 jam, kemudian dipindahkan ke
wadah pengaduk stirer, ditambahkan larutan sodium silikat 5 sebanyak 20 ml dan air destilasi sampai ¾ bagian wadah. Tanah diaduk selama 10 menit,
kemudian dipindahkan ke gelas ukur yang berukuran 1000 ml. Pembacaan hidrometer pada selang waktu 0.5, 1, 2, 5, 15, 30, 60, 240, dan 1440 menit.
Melalui pembacaan hidrometer akan diketahui diameter dan persentase fraksi tanah yang akan digambarkan pada grafik semilog. Dari hasil grafik yang
diperoleh dapat diketahui nilai tekstur tanah tersebut.
2. Pengukuran Kadar Air Pengukuran kadar air pada contoh tanah dilakukan dengan metode
gravimetrik basis kering. Kadar air merupakan nisbah antara berat air dengan
berat tanah kering. Kadar air tanah secara gravimetrik dihitung dengan persamaan sebagai berikut Kalsim dan Sapei, 2003:
w =
100 x
mc mb
mb ma
…………………………………………. 4 dimana :
w = kadar air tanah
ma = berat basah tanah dan wadah g
mb = berat tanah kering dan wadah g
mc = berat wadah g.
3. Permeabilitas
Permeabilitas merupakan kemampuan fluida untuk mengalir melalui medium yang berpori. Pengujian permeabilitas menggunakan metode falling
head . Untuk mendapatkan koefisien permeabilitas tanah dengan metode ini
digunakan persamaan Kalsim dan Sapei, 2003:
2 1
log 3
. 2
h h
T x
A l
x a
x K
r
............................................................. 5
dimana: K
r
= koefisien permeabilitas tanah pada suhu T C
a = luas permukaan pipa gelas cm
2
l = panjang contoh tanah cm
A = luas permukaan contoh tanah cm
2
T = waktu detik
h
1
= tinggi minikus atas cm h
2
= tinggi minikus bawah cm. Permeabilitas pada suhu standar T = 20
C diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut Sapei,et al.,1990:
K
20
=
T 20
K
T
.................................................................6 Pengukuran nilai permeabilitas dilakukan dua kali pada bahan tanah utuh, yaitu
sebelum model tanggul dibuat dan setelah model tanggul dibuat.
4. Pengukuran berat isi Bulk Density
Berat isi bulk density dari tanah tergantung pada kadar airnya. Pengukuran berat isi dilakukan pada contoh tanah utuh dimana berat isi
merupakan berat tanah kering oven yang terdapat dalam volume tanah utuh. Pengukuran berat isi menggunakan persamaan Sunggono, 1984:
t
= V
W
tb
……………………………………………………….. 7
d
= 100
100 w
t
………………………………......................... ... 8
dimana :
w
= berat isi basah gcm
3 d
= berat isi kering gcm
3
W
tb
= berat tanah basah g W
tk
= berat tanah kering oven g V
= volume tanah cm
3
w = kadar air .
Pada uji pemadatan, nilai berat isi kering maksimum dari beberapa selang kadar air merupakan tingkat kepadatan maksimum dari suatu tingkat pemadatan.
Kadar air pada berat isi maksimum tersebut merupakan kadar air optimum dari suatu pemadatan.
5. Porositas
Porositas n adalah bagian dari volume tanah yang diisi oleh pori – pori
dan didefinisikan sebagai Kalsim dan Sapei, 2003: n =
V V
v
………………………………………………………...9 Nisbah antara volume pori
– pori void dengan bahan padatan disebut nisbah void e.
e =
s v
V V
………………………………………………………. 10 dimana:
V
v
= V
w
+ V
a
V = V
s
+ V
v
n = porositas
e = angka pori
V = volume total contoh tanah cm
3
V
v
= volume pori cm
3
V
s
= volume butiran padat cm
3
V
w
= volume air dalam pori cm
3
V
a
= volume udara dalam pori cm
3
6. Potensial Air Tanah pF
Pengukuran nilai potensial air tanah yang dipadatkan dilakukan dengan menggunakan sand box dan wide range pF meter. Nilai potensial air tanah
diambil dari tanah tanggul yang telah dialiri air dengan menggunakan ring sample
. Sand box digunakan untuk pF 0 – 1.0 sedangkan wide range pF meter
digunakan untuk pF 1.5 – 3.2. Contoh tanah yang diukur pada pF 4.2 adalah
tanah terganggu yang lolos saringan 2000 m yang dilakukan laboratorium
Departemen Ilmu Tanah. Pembacaan nilai potensial air tanah dilakukan setelah 24 jam.
Gambar 7. Sand box
a b
Gambar 8. Wide range pF meter a; Automatic pressure controller b
Pengukuran nilai potensial air tanah dilakukan pada setiap proses pemadatan dengan nilai kadar air yang berbeda. Nilai potensial air tanah pF
diplotkan dengan nilai kadar air yang ada sehingga hubungan antara potensial air tanah dan kadar air diketahui.
Pengujian sifat mekanik tanah meliputi: 1.
Pengujian Konsistensi Tanah Pengujian konsistensi tanah terdiri atas penentuan batas cair, batas plastis
dan indeks plastisitas. a.
Batas cair Liquid Limit Batas cair LL adalah batas atas dari rentang kadar air dimana tanah
masih bersifat plastis atau dapat dikatakan sebagai batas atas dari daerah plastis. Batas cair biasanya ditentukan dari pengujian Cassagrande. Batas cair
merupakan kadar air tanah dalam persen berat kering. Metode pengukuran yang digunakan merupakan standar JIS A 1205-1980. Peralatan yang
digunakan disebut LL Device Grooving Tools. Batas cair diuji dengan cara meletakkan contoh tanah yang sudah
disaring ke permukaan gelas, kemudian tambahkan air destilasi dan diaduk sehingga membentuk pasta. Pasta tanah dimasukkan ke dalam mangkuk,
kemudian dibuat goresan sampai mengenai bagian bawah dari mangkuk. Alat penentu batas cair diputar dengan kecepatan tertentu sampai goresan pada
tanah bertemu dan dihitung jumlah ketukannya. Pengukuran kadar air dilakukan secara gravimetrik dengan mengambil sedikit contoh tanah dari
mangkuk. Jika kadar air telah diketahui, maka dibuat suatu grafik kadar air terhadap banyaknya ketukan. Batas cair adalah kadar air dengan jumlah
ketukan tertentu. b.
Batas plastis Plastic Limit Batas plastis PL adalah kadar air pada kedudukan antara daerah plastis
dan semi padat, yaitu persentase kadar air dimana tanah dengan diameter silinder 3.2 mm mulai retak
– retak bila digulung. Metode yang digunakan adalah metode standar JIS A 1206-1970 1978.
c. Indeks plastisitas Plasticity Indeks
Indeks plastisitas PI adalah selisih dari batas cair dan batas plastis Wesley,1973:
PI = LL – PL………………………………………………….. 11
Jika tanah mempunyai kadar interval air daerah plastis yang kecil, maka disebut tanah kurus. Sebaliknya, jika tanah mempunyai interval kadar air
daerah plastis yang besar disebut tanah gemuk Bowles, 1989. Nilai – nilai
batas cair dan plastis yang diperoleh diplotkan dalam grafik plastisitas untuk mengetahui klasifikasi tanah yang diuji. Klasifikasi tanah yang digunakan
dalam Sistem Klasifikasi Tanah Unified Unified Soil Classification System.
2. Uji Tumbuk Manual dan Pemadatan Tanah
Uji tumbuk manual dilaksanakan untuk menentukan nilai
d
dari pemadatan di lapangan, yaitu pada proses pemadatan tanggul. Nilai
d
dihitung dengan persamaan untuk menentukan kadar air tanah berdasarkan kepadatan
relatif RC yang didefinisikan sebagai berikut:
100 ker
ker x
um laboratori
di percobaan
maks ing
isi Berat
lapangan di
ing isi
Berat RC
……... 12
a b
Gambar 9. Proctor a dan dongkrak pengangkat tanah dari mold b
Uji tumbuk manual ini dilakukan untuk mendapatkan ratio compaction RC 90. Tanah dipadatkan dengan menggunakan alat tumbuk manual yang
mempunyai berat, tinggi jatuh, jumlah tumbukan, jumlah lapisan, dan energi serta frekuensi penumbukan yang ada telah diperhitungkan sehingga jumlah
tumbukan besarnya energi yang diberikan menunjukkan kepadatan maksimum dan kadar air optimum bahan tersebut.
Uji pemadatan maksimum dilakukan dengan uji proctor sebagai uji standar. Tanah yang diuji dimasukkan ke dalam mold yang berbentuk tabung
silinder. Setelah pemadatan dengan kadar air tertentu dilakukan, tanah dari mold dikeluarkan dengan menggunakan dongkrak. Dari uji ini diperoleh kadar air
optimum OMC dan berat isi kering maksimum
dmaks
.
Tabel 5. Spesifikasi peralatan uji tumbuk manual
Spesifikasi Nilai
Berat palu kg 2.05
Tinggi jatuh cm 30
Saringan m 4760
Kotak Tumbuk Panjang cm
40 Lebar cm
30 Tinggi cm
10 Spesifikasi peralatan uji tumbuk manual disajikan pada Tabel 5, sedangkan
bentuk peralatannya seperti pada Gambar 8.
a b
Gambar 10. Kotak tumbuk manual a dan penumbuk rammer b
60 Jumlah energi yang diberikan pada saat melaksanakan pemadatan bahan
tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
V g
x L
x N
x H
x W
CE
………………………………………… 13 dimana:
CE = jumlah energi pemadatan kJm
3
W = berat palu kg
H = tinggi jatuh palu m
N = jumlah tumbukan pada setiap lapisan
L = jumlah lapisan
V = volume cetakan m
3
g = gravitasi mdt
2
Perhitungan untuk pemadatan tanah meliputi Bowles,1989: a.
Berat isi basah
t t
= v
m m
1 2
………………………………………………… 14 b.
Berat isi kering
d d
= w
t
100 100
………………………………………………… 15 c.
Berat isi jenuh
dsat dsat
= 100
1 w
Gs
w
………………………………………. 16 dimana:
m
1
= berat cetakan dan piringan dasar kg m
2
= berat tanah padat, cetakan dan piringan dasar kg v
= kapasitas cetakan cm
3
Gs = berat jenis
w = kadar air
w
= berat jenis air kgcm
3
.
61 3.
Pembuatan Model Tanggul Model adalah representasi suatu masalah dalam bentuk yang lebih
sederhana sehingga lebih jelas dan mudah dikerjakan. Model yang baik cukup mengandung bagian-bagian yang perlu saja. Bentuk model dapat dinyatakan
dalam beberapa jenis www.cert.or.id, yaitu : a.
Model Ikonik Model ikonik memberikan visualisasi atau peragaan dari permasalahan
yang ditinjau, dapat berupa foto udara, maket, grafik dan pie chart. b.
Model Analog Model analog didasarkan pada keserupaan gejala yang ditunjukkan oleh
masalah dan dimiliki oleh model. Misalnya modelisasi masalah lalu lintas di suatu kota dengan simulator rangkaian listrik, dengan menganalogikan arus
lalu lintas terhadap arus listrik. Contoh lainnya adalah dengan menganalogikan gelombang suara terhadap gelombang permukaan air,
sehingga karakteristik suara akustik dalam suatu ruangan auditorium dapat dipelajari dengan membuat model ruangannya dan merapatkannya dalam bak
dangkal berisi air yang digetarkan. c.
Model MatematikSimbolik Model matematiksimbolik menyatakan secara kuantitatif persamaan
matematik yang mewakili suatu masalah. Model matematik merupakan bahasa yang eksak, memberikan hasil kualitatif, dan mempunyai aturan rumus, cara
pengerjaan yang memungkinkan pengembangannya lebih lanjut. Model tanggul termasuk model ikonik. Model tanggul dibuat dalam
sebuah kotak model yang terbuat dari bahan acrylic dengan kerangka besi. Kotak model ini dilengkapi dengan inlet, spillway sebagai control ketinggian,
dan outlet untuk pembuangan rembesan air. Ukuran kotak model tanggul berdasarkan ukuran tanggul yang direncanakan dengan skala 1 : 12. Kotak
model tanggul yang digunakan berukuran panjang 150 cm, lebar 50 cm, dan tinggi 30 cm.
Tinggi rencana tanggul H
d
merupakan jumlah tinggi muka air rencana H dan tinggi jagaan H
f
. Ketinggian tersebut termasuk penyesuaian untuk kemungkinan penurunan tanah H
s
, yang tergantung pada pondasi dan bahan
62 yang dipakai dalam pembangunan tanggul. Tinggi muka air rencana yang
sebenarnya didasarkan pada profil permukaan air. Tinggi jagaan H
f
merupakan nilai penyesuaian yang ditambahkan untuk tinggi muka air yang diambil,
termasuk tinggi gelombang DPU, 1986.
Gambar 11. Kotak model tanggul
Pada ukuran sebenarnya, untuk tanggul yang direncanakan guna mengontrol kedalaman air kurang dari 1.5 m, lebar atas minimum tanggul dapat
diambil 1.5 m. Jika kedalaman air yang dikontrol lebih besar dari 1.5 m, maka lebar atas minimum biasanya 3 m. Lebar atas diambil sekurang
– kurangnya 3 m jika tanggul dipakai untuk pemeliharaan saluran. Tanah dipadatkan
menggunakan rammer dengan jumlah tumbukan, jumlah lapisan, dan tinggi jatuhan berdasarkan uji tumbuk manual. Jumlah tumbukan tiap lapisan
didapatkan dengan persamaan:
box el
N x
manual tumbuk
kotak Luas
n ke
lapisan Luas
N
mod
………………. 17
dimana: N
model
= Jumlah tumbukan pada tiap lapisan pada model tanggul N
box
= Jumlah tumbukan pada setiap lapisan pada uji tumbuk manual
63 Tanggul pada penelitian ini merupakan model dengan skala 1 : 12
“geometrically similar”, yaitu mempunyai skala horizontal dan vertikal yang bernilai sama. Nilai 1 : 12 diambil dengan pertimbangan untuk memudahkan
dalam penentuan dan perhitungan dimensi model. Model tanggul dibuat dalam kotak model tanggul dengan ukuran seperti Tabel 6. Kotak model tanggul yang
digunakan seperti pada Gambar 11, terbuat dari bahan acrylic berkerangka besi. Pondasi kotak model terbuat dari bambu. Gambar teknik model tanggul yang
dibuat pada kotak model disajikan pada Lampiran 2. Dimensi tanggul ditentukan berdasarkan kriteria yang disebutkan dalam
DPU 1986. Nilai kemiringan talud yang digunakan dalam pembuatan tanggul adalah 1 : 3 untuk memudahkan perhitungan. Selain itu, kemiringan talud ini
sudah cukup aman pada selang tersebut. Lebar bawah tanggul dihitung berdasarkan kemiringan talud dan lebar atas, sehingga lebar bawah tanggul
adalah jumlah lebar atas dan dua kali tinggi tanggul yang dikalikan dengan talud.
Tabel 6. Dimensi tanggul Spesifikasi
Dimensi Model cm
Sebenarnya cm H tinggi muka air
12.5 150
H
f
tinggi jagaan 5.0
60 H
d
tinggi tanggul 17.5
210 B lebar puncak atasmercu
12.5 150
L lebar bagian bawah tanggul 140.0
1680 H
p
tinggi muka air dari dasar tanggul 15.0
180 Kemiringan
1 : 3 1 : 3
Gambar 12. Model tanggul
64 Setelah air merembes ke dalam tubuh tanggul, panjang zona basah a dapat
dihitung dengan persamaan 1, penentuan garis freatik dengan persamaan 2, serta nilai K dengan persamaan 3. Penggambaran garis freatik kemudian
dilakukan dengan pengamatan langsung pada model tanggul melalui pengambilan foto, analisis grafis, dan menggunakan program Geo-Slope. Urutan
kerja penelitian disajikan pada Gambar 13.
65 Gambar 13. Diagram alir penelitian
ya Model tanggul dialiri air
Pembuatan model tanggul tidak
ya Uji tumbuk manual
RC 90 Mulai
Pengambilan contoh tanah Pengukuran sifat fisik tanah
Pengukuran konsistensi tanah
Uji pemadatan standar
Jaringan aliran Analisis pola rembesan
1. Pengamatan langsung
2. Rumus empiris
3. Program Geo-Slope
Uji permeabilitas uji pF Nilai permeabilitas dan pF
tidak Pembongkaran model tanggul
Pengeringan tanah Pengambilan foto dan pengukuran debit rembesan
Selesai
66
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN