Tempat dan Waktu Bahan dan Alat Metode Pelaksanaan

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