Debit Rembesan Pada Model Tanggul Dengan Menggunakan Ukuran Partikel Tanah Maksimum 1 Mm

DEBIT REMBESAN PADA MODEL TANGGUL DENGAN MENGGUNAKAN UKURAN PARTIKEL TANAH MAKSIMUM 1 mm

Oleh : ERLY PRATITA

F14103037

2007

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DEBIT REMBESAN PADA MODEL TANGGUL DENGAN MENGGUNAKAN UKURAN PARTIKEL TANAH MAKSIMUM 1 mm

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh : ERLY PRATITA

F14103037

Dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 31 Maret 1984 Tanggal lulus : 17 September 2007

Bogor, 24 September 2007 Menyetujui :

Dr. Ir. Erizal, M. Agr. Dosen Pembimbing

Mengetahui,

Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

ERLY PRATITA. F14103037. Debit Rembesan pada Model Tanggul dengan Menggunakan Ukuran Partikel Tanah Maksimum 1 mm. Di Bawah Bimbingan Dr. Ir. Erizal, M.Agr.

RINGKASAN

Tanggul merupakan salah satu bentuk dari bendungan urugan homogen. Tanggul berfungsi untuk menahan aliran air dan menyangga permukaan air sehingga air yang masuk ke saluran dapat dikendalikan. Keruntuhan tanggul dapat diakibatkan oleh adanya rembesan air dalam tubuh tanggul. Rembesan pada tanggul terjadi karena adanya tekanan air di bagian hulu tanggul yang melewati pori-pori di dalam tanah dan gaya yang menahan lebih kecil dari gaya yang mengalirkan. Jika rembesan yang terjadi pada tanggul semakin besar akan mengancam kestabilan tanggul sehingga dapat menimbulkan erosi, longsoran dan kehilangan air akibat rembesan melalui tubuh tanggul tersebut.

Tujuan dari penelitian ini adalah 1) Menghitung debit rembesan pada model tanggul, yaitu melalui pengamatan secara langsung, menggunakan metode perhitungan rumus dan analisis dengan program Seep/W, serta membandingkan hasil perhitungan debit rembesan dari ketiga metode tersebut. 2) Mengetahui pengaruh ukuran partikel tanah maksimum 1 mm terhadap debit rembesan pada tubuh model tanggul dan membandingkan hasil penelitian sebelumnya dengan menggunakan ukuran partikel tanah 4760 μm. 3) Mengetahui pengaruh drainase tarhadap debit rembesan pada model tanggul.

Penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah serta Laboratorium Hidrolika dan Hidromekanika Depertaman Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juli 2007.

Model tanggul dibuat berdasarkan kriteria dimensi tanggul yang disarankan DPU (1986) yaitu model dengan skala 1 : 12 yang “geometrical similiar” dimana skala horizontal dan vertikal bernilai sama. Tinggi muka air yang direncanakan sebesar 1.5 m, lebar mercu (w) tanggul sebesar 1.5 m, tinggi jagaan (freeboard) tanggul sebesar 0.6 m, serta kemiringan talud 1 : 3 untuk bagian hulu maupun hilir tanggul. Panjang saluran drainase 0.75 m dengan bahan pasir dan filter (chapiphon) yang kedap air. Model tanggul dibuat pada kotak model acrylic yang dilengkapi dengan inlet, outlet dan spillway.

Pemadatan tanah dilakukan dengan uji pemadatan standar (Proctor), dan diperoleh kadar air optimum 33.02 %. Jumlah tumbukan yang diberikan sebanyak 150 tumbukan. Besarnya nisbah kepadatan tanah (RC) adalah 84.13 %. Uji permeabilitas dilakukan dengan metode falling head karena contoh tanah merupakan tanah berbutir halus (tanah yang lolos saringan 1 mm). Nilai permeabilitas tanah pada model tanggul tanpa saluran drainase sebesar 2.89 x 10-4 cm/det, sedangkan permeabilitas tanah pada model tanggul dengan saluran

drainase sebesar 8.41 x 10-5 cm/det. Nilai permeabilitas pasir sebesar 1.84 x 10-2 cm/det.

Pola aliran dan besarnya debit rembesan dalam tanggul dapat digambarkan dengan program Seep/W. Parameter-parameter yang digunakan adalah dimensi tanggul, tinggi muka air, dan nilai permeabilitas tanah. Debit rembesan adalah besarnya jumlah air yang mengalir pada tubuh model tanggul dan tidak boleh melebihi debit kritis. Nilai debit kritis sebesar 5 % dari debit yang masuk. Besarnya debit rembesan dihitung atau diukur dengan 3 metode yaitu pengukuran pada model tanggul, analisis dengan program Seep/W dan rumus empiris.

Hasil pengukuran langsung debit yang masuk ke dalam waduk sebesar 1.21 x 10-4 m3/det dengan debit kritis sebesar 6.05 x 10-6 m3/det. Besarnya debit rembesan berdasarkan pengamatan langsung untuk model tanggul tanpa saluran drainase sebesar 5.04 x 10-7 m3/det, dan untuk model tanggul dengan saluran drainase sebesar 6.20 x 10-6 m3/det. Besarnya debit rembesan berdasarkan perhitungan empiris untuk model tanggul tanpa saluran drainase rata-rata sebesar 4.01 x 10-10 m3/det. Besarnya debit rembesan berdasarkan analisis Seep/W untuk model tanggul tanpa saluran drainase rata-rata sebesar 4.0094 x 10-8 m3/det, dan untuk model tanggul dengan saluran drainase sebesar 5.0815 x 10-8 m3/det.

Debit rembesan dengan analisis SEEP/W lebih mendekati debit rembesan secara pengamatan langsung, sedangkan analisis dengan rumus empiris debit rembesan yang diperoleh nilainya lebih kecil dibanding analsis SEEP/W maupun pengamatan langsung. Dari penelitian sebelumnya (Sari, 2005) besarnya debit rembesan secara pengamatan langsung diperoleh debit yang lebih besar dibandingkan penelitian ini, dikarenakan penggunaan ukuran partikel tanah yang berbeda. Dengan ukuran partikel yang lebih besar, maka debit outlet yang dihasilkan lebih besar pula. Penggunaan drainase berpengaruh terhadap debit rembesan. Nilai yang diperoleh untuk debit rembesan pada model tanggul dengan drainase horizontal lebih besar dibanding debit rembesan pada model tanggul tanpa drainase. Besarnya debit outlet untuk semua pengukuran memiliki nilai yang lebih kecil dari debit krisis, sehingga model tanggul tersebut dapat dikatakan aman dan tingkat kestabilan tanggul masih baik.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skipsi ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Skripsi ini merupakan hasil dari penelitian yang dilaksanakan di Laboratorium Hidrolika dan Hidromekanika serta Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah dari bulan Februari - Juli 2007 dengan judul ”Debit Rembesan pada Model Tanggul dengan Menggunakan Ukuran Partikel Tanah Maksimum 1 mm”.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak, ibu, dan adikku yang telah memberikan seluruh perhatian dan kasih

sayang yang tulus serta dukungan secara moril dan materil.

2. Dr. Ir. Erizal, M.Agr sebagai dosen pembimbing atas arahan dan bimbingannya.

3. Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS dan Ir. Mohamad Solahudin, M.Si sebagai dosen penguji.

4. Gilar Sukma Priana S.Hut yang selalu memberikan semangat, dan perhatiannya.

5. Bapak Trisnadi sebagai teknisi laboratorium yang selalu memberikan arahan dan bantuannya.

6. Dias Kurniasari dan Dewi Wulan Ratnasari yang selalu bersama-sama dalam suka dan duka selama penelitian.

7. Sahabat-sahabatku: Ema, Anne, Leni, dan Manda.

8. Teman-teman yang telah membantu selama penelitian (Taufik, Fauzan, Rani, Rini A, Yossi, Fuad, Ari, Hendri dan Ervian) juga teman-teman TEP 40 lainnya.

9. Teman-teman di Zulfa (Dewilis, Irma, Anis, Nani, Hayuning, Herher, Ina, Tria, Sieska, Ajeng, Rima, Dyanti, Dede dan Gina) yang selalu memberikan semangat kepada penulis.

10.Teman-teman TEP’40, khususnya TTA’40 yang selama 2 semester selalu bersama-sama dalam kuliah, mengerjakan tugas dan banyak hal lainnya yang tidak akan pernah dilupakan.

11.Semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini.Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun, agar skripsi ini dapat lebih bermanfaat di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis mengucapkan terma kasih.

Bogor,17 September 2007

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Tasikmalaya, pada tanggal 31 Maret 1984. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan H. Unang A. Kusnandar dan Hj. Nur Hidayati, S.Pd M.Pd. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Sukamanah III-Tasikmalaya tahun 1997, dan pada tahun 2000 menyelesaikan pendidikan menengah pertama di SMPN 1 Tasikmalaya. Pendidikan menengah atas diselesaikan penulis pada tahun 2003 di SMUN 2 Tasikmalaya.

Pada tahun yang sama (2003) penulis diterima sebagai mahasiswa Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk Institut Pertanian Bogor (USMI). Pada tahun 2005 penulis memilih Laboratorium Teknik Tanah dan Air (TTA) dengan dosen pembimbing Dr. Ir. Erizal M.Agr.

Selama aktif sebagai mahasiswa, penulis juga aktif di beberapa organisasi kemahasiswaan, diantaranya : UKM Lingkung Seni Sunda Gentra Kaheman IPB periode 2003/2004 dan 2004/2005, Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian (BEM-F) periode 2004/2005, Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) periode 2005/2006 dan Organisasi Mahasiswa Daerah Himpunan Mahasiswa Tasikmalaya (OMDA HIMALAYA).

Pada tahun 2006, penulis melaksanakan praktek lapang di Bagian Pelaksana Kegiatan Irigasi Wilayah Priangan Timur – kota Tasikmalaya, dengan judul laporan “Pengelolaan Air Irigasi di Daerah Irigasi Cikunten I, kabupaten Tasikmalaya”. Penulis menyelesaikan skripsi berjudul “Debit Rembesan pada Model Tanggul dengan Menggunakan Ukuran Partikel Tanah Maksimum 1 mm” di bawah bimbingan Dr. Ir. Erizal, M Agr.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... iii

DAFTAR GAMBAR ... iv

DAFTAR LAMPIRAN ... vi

I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG ... 1

B. TUJUAN PENELITIAN ... 3

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4

A. TANAH SECARA UMUM ... 4

B. SIFAT FISIK TANAH ... 5

1. Tekstur dan Struktur Tanah ... 5

2. Kadar Air Tanah ... 7

3. Permeabilitas ... 7

4. Berat Jenis Partikel Tanah ... 8

5. Berat Isi Tanah ... 9

6. Porositas ... 9

7. Angka Pori ... 10

8. Potensial Air Tanah ... 10

C. SIFAT MEKANIK TANAH ... 11

1. Konsistensi Tanah ... 11

2. Pemadatan Tanah ... 11

D. UKURAN PARTIKEL TANAH ... 12

E. MODEL ... 13

F. TANGGUL ... 14

G. DIMENSI TANGGUL ... 15

H. DEBIT REMBESAN ... 16

I. DRAINASE DAN FILTER ... 20

J. PROGRAM GEO-SLOPE ... 21

III. METODOLOGI ... 24

Halaman

B. BAHAN DAN ALAT ... 24

1. Bahan ... 24

2. Alat ... 24

C. METODE PENELITIAN ... 25

1. Pembuatan Kotak Model Tanggul ... 26

2. Pengambilan Contoh Tanah ... 26

3. Penghalusan Tanah ... 26

4. Pengukuran Sifat Fisik Tanah ... 27

a. Kadar Air Tanah ... 27

b. Konsistensi Tanah ... 27

c. Pemadatan Tanah ... 28

d. Uji Permeabilitas Tanah ... 29

e. Uji Tekstur Tanah ... 29

5. Uji Tumbuk Manual ... 30

6. Pembuatan Model Tanggul ... 31

7. Pengaliran Air pada Kotak Model ... 33

8. Pengamatan ... 34

9. Pembongkaran Model Tanggul ... 34

10. Pengukuran Permeabilitas Tanah pada Model Tanggul ... 34

11. Analisis Debit Rembesan ... 34

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... ... 35

A. SIFAT FISIK TANAH ... 35

B. HASIL UJI PEMADATAN ... 38

C. HASIL UJI TUMBUK MANUAL ... 40

D. HASIL UJI PERMEABILITAS ... 43

E. GARIS FREATIK (PHREATIC LINE_{) PADA MODEL} TANGGUL ... 43

F. DEBIT REMBESAN PADA TUBUH MODEL TANGGUL ... 48

1. Berdasarkan Pengukuran Langsung pada Model Tanggul ... 48

2. Berdasarkan Program Seep/W ... 50

3. Berdasarkan Rumus Empiris ... 51

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... ... 53

VI. DAFTAR PUSTAKA ... ... 54

DAFTAR TABEL

Nomor Halaman

1. Klasifikasi permeabilitas tanah ... 8

2. Berat jenis partikel tanah (specific gravity) ... 9

3. Klasifikasi partikel tanah menurut USDA dan Sistem Internasional ... 13

4. Kemiringan talud berdasarkan jenis bahan ... 15

5. Spesifikasi uji tumbuk manual ... 31

6. Dimensi tanggul ... 32

7. Sifat-sifat fisik tanah Latosol, Darmaga - Bogor ... 35

8. Hasil uji konsistensi tanah untuk jenis tanah Latosol ... 38

9. Hasil uji pemadatan tanah Latosol menggunakan ukuran partikel yang lolos saringan 1 mm ... 39

10. Perbandingan spesifikasi antara uji pemadatan standar dan uji tumbuk manual ... 40

11. Hasil uji tumbuk manual ... 41

12. Jumlah tumbukan pada tiap lapisan dengan luas permukaan yang berbeda ... 42

13. Hasil uji permeabilitas pada tanggul ... 43

14. Debit rembesan hasil pengukuran secara langsung pada model tanggul ... 49

15. Hasil analisis debit rembesan dengan program Seep/W ... 51

16. Hasil perhitungan debit rembesan berdasarkan rumus empiris (cara A. Casagrande, Grafik, dan Bowles) ... 52

17. Perbandingan debit rembesan (Qout) dengan 3 metode (Pengamatan langsung, analisis SEEP/W, dan analisis rumus empiris) ... 52

DEBIT REMBESAN PADA MODEL TANGGUL DENGAN MENGGUNAKAN UKURAN PARTIKEL TANAH MAKSIMUM 1 mm

Oleh : ERLY PRATITA

F14103037

2007

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DEBIT REMBESAN PADA MODEL TANGGUL DENGAN MENGGUNAKAN UKURAN PARTIKEL TANAH MAKSIMUM 1 mm

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh : ERLY PRATITA

F14103037

Dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 31 Maret 1984 Tanggal lulus : 17 September 2007

Bogor, 24 September 2007 Menyetujui :

Dr. Ir. Erizal, M. Agr. Dosen Pembimbing

Mengetahui,

Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

ERLY PRATITA. F14103037. Debit Rembesan pada Model Tanggul dengan Menggunakan Ukuran Partikel Tanah Maksimum 1 mm. Di Bawah Bimbingan Dr. Ir. Erizal, M.Agr.

RINGKASAN

Tanggul merupakan salah satu bentuk dari bendungan urugan homogen. Tanggul berfungsi untuk menahan aliran air dan menyangga permukaan air sehingga air yang masuk ke saluran dapat dikendalikan. Keruntuhan tanggul dapat diakibatkan oleh adanya rembesan air dalam tubuh tanggul. Rembesan pada tanggul terjadi karena adanya tekanan air di bagian hulu tanggul yang melewati pori-pori di dalam tanah dan gaya yang menahan lebih kecil dari gaya yang mengalirkan. Jika rembesan yang terjadi pada tanggul semakin besar akan mengancam kestabilan tanggul sehingga dapat menimbulkan erosi, longsoran dan kehilangan air akibat rembesan melalui tubuh tanggul tersebut.

Tujuan dari penelitian ini adalah 1) Menghitung debit rembesan pada model tanggul, yaitu melalui pengamatan secara langsung, menggunakan metode perhitungan rumus dan analisis dengan program Seep/W, serta membandingkan hasil perhitungan debit rembesan dari ketiga metode tersebut. 2) Mengetahui pengaruh ukuran partikel tanah maksimum 1 mm terhadap debit rembesan pada tubuh model tanggul dan membandingkan hasil penelitian sebelumnya dengan menggunakan ukuran partikel tanah 4760 μm. 3) Mengetahui pengaruh drainase tarhadap debit rembesan pada model tanggul.

Penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah serta Laboratorium Hidrolika dan Hidromekanika Depertaman Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juli 2007.

Model tanggul dibuat berdasarkan kriteria dimensi tanggul yang disarankan DPU (1986) yaitu model dengan skala 1 : 12 yang “geometrical similiar” dimana skala horizontal dan vertikal bernilai sama. Tinggi muka air yang direncanakan sebesar 1.5 m, lebar mercu (w) tanggul sebesar 1.5 m, tinggi jagaan (freeboard) tanggul sebesar 0.6 m, serta kemiringan talud 1 : 3 untuk bagian hulu maupun hilir tanggul. Panjang saluran drainase 0.75 m dengan bahan pasir dan filter (chapiphon) yang kedap air. Model tanggul dibuat pada kotak model acrylic yang dilengkapi dengan inlet, outlet dan spillway.

Pemadatan tanah dilakukan dengan uji pemadatan standar (Proctor), dan diperoleh kadar air optimum 33.02 %. Jumlah tumbukan yang diberikan sebanyak 150 tumbukan. Besarnya nisbah kepadatan tanah (RC) adalah 84.13 %. Uji permeabilitas dilakukan dengan metode falling head karena contoh tanah merupakan tanah berbutir halus (tanah yang lolos saringan 1 mm). Nilai permeabilitas tanah pada model tanggul tanpa saluran drainase sebesar 2.89 x 10-4 cm/det, sedangkan permeabilitas tanah pada model tanggul dengan saluran

drainase sebesar 8.41 x 10-5 cm/det. Nilai permeabilitas pasir sebesar 1.84 x 10-2 cm/det.

Pola aliran dan besarnya debit rembesan dalam tanggul dapat digambarkan dengan program Seep/W. Parameter-parameter yang digunakan adalah dimensi tanggul, tinggi muka air, dan nilai permeabilitas tanah. Debit rembesan adalah besarnya jumlah air yang mengalir pada tubuh model tanggul dan tidak boleh melebihi debit kritis. Nilai debit kritis sebesar 5 % dari debit yang masuk. Besarnya debit rembesan dihitung atau diukur dengan 3 metode yaitu pengukuran pada model tanggul, analisis dengan program Seep/W dan rumus empiris.

Hasil pengukuran langsung debit yang masuk ke dalam waduk sebesar 1.21 x 10-4 m3/det dengan debit kritis sebesar 6.05 x 10-6 m3/det. Besarnya debit rembesan berdasarkan pengamatan langsung untuk model tanggul tanpa saluran drainase sebesar 5.04 x 10-7 m3/det, dan untuk model tanggul dengan saluran drainase sebesar 6.20 x 10-6 m3/det. Besarnya debit rembesan berdasarkan perhitungan empiris untuk model tanggul tanpa saluran drainase rata-rata sebesar 4.01 x 10-10 m3/det. Besarnya debit rembesan berdasarkan analisis Seep/W untuk model tanggul tanpa saluran drainase rata-rata sebesar 4.0094 x 10-8 m3/det, dan untuk model tanggul dengan saluran drainase sebesar 5.0815 x 10-8 m3/det.

Debit rembesan dengan analisis SEEP/W lebih mendekati debit rembesan secara pengamatan langsung, sedangkan analisis dengan rumus empiris debit rembesan yang diperoleh nilainya lebih kecil dibanding analsis SEEP/W maupun pengamatan langsung. Dari penelitian sebelumnya (Sari, 2005) besarnya debit rembesan secara pengamatan langsung diperoleh debit yang lebih besar dibandingkan penelitian ini, dikarenakan penggunaan ukuran partikel tanah yang berbeda. Dengan ukuran partikel yang lebih besar, maka debit outlet yang dihasilkan lebih besar pula. Penggunaan drainase berpengaruh terhadap debit rembesan. Nilai yang diperoleh untuk debit rembesan pada model tanggul dengan drainase horizontal lebih besar dibanding debit rembesan pada model tanggul tanpa drainase. Besarnya debit outlet untuk semua pengukuran memiliki nilai yang lebih kecil dari debit krisis, sehingga model tanggul tersebut dapat dikatakan aman dan tingkat kestabilan tanggul masih baik.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skipsi ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Skripsi ini merupakan hasil dari penelitian yang dilaksanakan di Laboratorium Hidrolika dan Hidromekanika serta Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah dari bulan Februari - Juli 2007 dengan judul ”Debit Rembesan pada Model Tanggul dengan Menggunakan Ukuran Partikel Tanah Maksimum 1 mm”.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak, ibu, dan adikku yang telah memberikan seluruh perhatian dan kasih

sayang yang tulus serta dukungan secara moril dan materil.

2. Dr. Ir. Erizal, M.Agr sebagai dosen pembimbing atas arahan dan bimbingannya.

3. Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS dan Ir. Mohamad Solahudin, M.Si sebagai dosen penguji.

4. Gilar Sukma Priana S.Hut yang selalu memberikan semangat, dan perhatiannya.

5. Bapak Trisnadi sebagai teknisi laboratorium yang selalu memberikan arahan dan bantuannya.

6. Dias Kurniasari dan Dewi Wulan Ratnasari yang selalu bersama-sama dalam suka dan duka selama penelitian.

7. Sahabat-sahabatku: Ema, Anne, Leni, dan Manda.

8. Teman-teman yang telah membantu selama penelitian (Taufik, Fauzan, Rani, Rini A, Yossi, Fuad, Ari, Hendri dan Ervian) juga teman-teman TEP 40 lainnya.

9. Teman-teman di Zulfa (Dewilis, Irma, Anis, Nani, Hayuning, Herher, Ina, Tria, Sieska, Ajeng, Rima, Dyanti, Dede dan Gina) yang selalu memberikan semangat kepada penulis.

10.Teman-teman TEP’40, khususnya TTA’40 yang selama 2 semester selalu bersama-sama dalam kuliah, mengerjakan tugas dan banyak hal lainnya yang tidak akan pernah dilupakan.

11.Semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini.Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun, agar skripsi ini dapat lebih bermanfaat di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis mengucapkan terma kasih.

Bogor,17 September 2007

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Tasikmalaya, pada tanggal 31 Maret 1984. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan H. Unang A. Kusnandar dan Hj. Nur Hidayati, S.Pd M.Pd. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Sukamanah III-Tasikmalaya tahun 1997, dan pada tahun 2000 menyelesaikan pendidikan menengah pertama di SMPN 1 Tasikmalaya. Pendidikan menengah atas diselesaikan penulis pada tahun 2003 di SMUN 2 Tasikmalaya.

Pada tahun yang sama (2003) penulis diterima sebagai mahasiswa Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk Institut Pertanian Bogor (USMI). Pada tahun 2005 penulis memilih Laboratorium Teknik Tanah dan Air (TTA) dengan dosen pembimbing Dr. Ir. Erizal M.Agr.

Selama aktif sebagai mahasiswa, penulis juga aktif di beberapa organisasi kemahasiswaan, diantaranya : UKM Lingkung Seni Sunda Gentra Kaheman IPB periode 2003/2004 dan 2004/2005, Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian (BEM-F) periode 2004/2005, Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) periode 2005/2006 dan Organisasi Mahasiswa Daerah Himpunan Mahasiswa Tasikmalaya (OMDA HIMALAYA).

Pada tahun 2006, penulis melaksanakan praktek lapang di Bagian Pelaksana Kegiatan Irigasi Wilayah Priangan Timur – kota Tasikmalaya, dengan judul laporan “Pengelolaan Air Irigasi di Daerah Irigasi Cikunten I, kabupaten Tasikmalaya”. Penulis menyelesaikan skripsi berjudul “Debit Rembesan pada Model Tanggul dengan Menggunakan Ukuran Partikel Tanah Maksimum 1 mm” di bawah bimbingan Dr. Ir. Erizal, M Agr.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... iii

DAFTAR GAMBAR ... iv

DAFTAR LAMPIRAN ... vi

I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG ... 1

B. TUJUAN PENELITIAN ... 3

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4

A. TANAH SECARA UMUM ... 4

B. SIFAT FISIK TANAH ... 5

1. Tekstur dan Struktur Tanah ... 5

2. Kadar Air Tanah ... 7

3. Permeabilitas ... 7

4. Berat Jenis Partikel Tanah ... 8

5. Berat Isi Tanah ... 9

6. Porositas ... 9

7. Angka Pori ... 10

8. Potensial Air Tanah ... 10

C. SIFAT MEKANIK TANAH ... 11

1. Konsistensi Tanah ... 11

2. Pemadatan Tanah ... 11

D. UKURAN PARTIKEL TANAH ... 12

E. MODEL ... 13

F. TANGGUL ... 14

G. DIMENSI TANGGUL ... 15

H. DEBIT REMBESAN ... 16

I. DRAINASE DAN FILTER ... 20

J. PROGRAM GEO-SLOPE ... 21

III. METODOLOGI ... 24

Halaman

B. BAHAN DAN ALAT ... 24

1. Bahan ... 24

2. Alat ... 24

C. METODE PENELITIAN ... 25

1. Pembuatan Kotak Model Tanggul ... 26

2. Pengambilan Contoh Tanah ... 26

3. Penghalusan Tanah ... 26

4. Pengukuran Sifat Fisik Tanah ... 27

a. Kadar Air Tanah ... 27

b. Konsistensi Tanah ... 27

c. Pemadatan Tanah ... 28

d. Uji Permeabilitas Tanah ... 29

e. Uji Tekstur Tanah ... 29

5. Uji Tumbuk Manual ... 30

6. Pembuatan Model Tanggul ... 31

7. Pengaliran Air pada Kotak Model ... 33

8. Pengamatan ... 34

9. Pembongkaran Model Tanggul ... 34

10. Pengukuran Permeabilitas Tanah pada Model Tanggul ... 34

11. Analisis Debit Rembesan ... 34

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... ... 35

A. SIFAT FISIK TANAH ... 35

B. HASIL UJI PEMADATAN ... 38

C. HASIL UJI TUMBUK MANUAL ... 40

D. HASIL UJI PERMEABILITAS ... 43

E. GARIS FREATIK (PHREATIC LINE_{) PADA MODEL} TANGGUL ... 43

F. DEBIT REMBESAN PADA TUBUH MODEL TANGGUL ... 48

1. Berdasarkan Pengukuran Langsung pada Model Tanggul ... 48

2. Berdasarkan Program Seep/W ... 50

3. Berdasarkan Rumus Empiris ... 51

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... ... 53

VI. DAFTAR PUSTAKA ... ... 54

DAFTAR TABEL

Nomor Halaman

1. Klasifikasi permeabilitas tanah ... 8

2. Berat jenis partikel tanah (specific gravity) ... 9

3. Klasifikasi partikel tanah menurut USDA dan Sistem Internasional ... 13

4. Kemiringan talud berdasarkan jenis bahan ... 15

5. Spesifikasi uji tumbuk manual ... 31

6. Dimensi tanggul ... 32

7. Sifat-sifat fisik tanah Latosol, Darmaga - Bogor ... 35

8. Hasil uji konsistensi tanah untuk jenis tanah Latosol ... 38

9. Hasil uji pemadatan tanah Latosol menggunakan ukuran partikel yang lolos saringan 1 mm ... 39

10. Perbandingan spesifikasi antara uji pemadatan standar dan uji tumbuk manual ... 40

11. Hasil uji tumbuk manual ... 41

12. Jumlah tumbukan pada tiap lapisan dengan luas permukaan yang berbeda ... 42

13. Hasil uji permeabilitas pada tanggul ... 43

14. Debit rembesan hasil pengukuran secara langsung pada model tanggul ... 49

15. Hasil analisis debit rembesan dengan program Seep/W ... 51

16. Hasil perhitungan debit rembesan berdasarkan rumus empiris (cara A. Casagrande, Grafik, dan Bowles) ... 52

17. Perbandingan debit rembesan (Qout) dengan 3 metode (Pengamatan langsung, analisis SEEP/W, dan analisis rumus empiris) ... 52

DAFTAR GAMBAR

Nomor Halaman

1. Klasifikasi tanah menurut ISSS (Kalsim dan Sapei, 2003)... 5

2. Segitiga tekstur tanah menurut USDA (Dunn et al., 1992) ... 6

3. Klasifikasi tanah berdasarkan sistem Unified (Terzaghi dan Peck, 1987) .... 6

4. Hitungan rembesan cara A. Casagrande ... 17

5. Grafik hitungan rembesan (Taylor, 1948 dalam Sosrodarsono dan Takeda, 1977) ... 18

6. Garis rembesan dalam tubuh tanggul (Bowles,1989) ... 19

7. Bahan filter caphiphon drain belt ... 21

8. Tahapan penelitian ... 25

9. Kotak model tanggul ... 26

10. Uji batas cair dan batas plastis ... 28

11. Uji permeabilitas metode falling head ... 29

12. Kotak tumbuk manual dan rammer ... 31

13. Tahapan pembuatan model tanggul ... 32

14. Model tanggul dengan saluran drainase horizontal ... 33

15. Proses pengaliran air ... 33

16. Pengukuran debit outlet ... 33

17. Klasifikasi tanah Latosol berdasarkan sistem Unified ... 36

18. Klasifikasi tanah Latosol berdasarkan sistem USDA ... 37

19. Kurva hasil uji pemadatan standar tanah Latosol yang lolos saringan 1mm 39

20. Garis freatik pada model tanggul tanpa saluran drainase melalui Seep/W .... 44

21. Garis freatik pada model tanggul dengan saluran drainase horizontal melalui Seep/W ... 44

22. Pola aliran karena pengaruh waktu dan tinggi genangan pada model tanggul tanpa drainase melalui pengamatan langsung ... 45

23. Pola aliran karena pengaruh waktu dan tinggi genangan pada model tanggul dengan drainase horizontal melalui pengamatan langsung ... 45

24. Pengaruh kapilaritas pada tubuh tanggul tanpa saluran drainase dan dengan saluran drainase ... 47

Nomor Halaman 25. Kurva perbandingan debit outlet untuk model tanggul tanpa saluran

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Halaman

1. Batas cair dan batas plastis tanah Latosol, Darmaga – Bogor dengan

ukuran partikel tanah yang lolos saringan 1 mm ... 56 2. Tekstur tanah Latosol, Darmaga dengan ukuran partikel tanah

yang lolos saringan 1 mm ... 60 3. Permeabilitas tanah Latosol, Darmaga – Bogor dengan ukuran partikel

tanah yang lolos saringan 1 mm ... 61 4. Uji pemadatan standar (proctor) tanah Latosol, Darmaga – Bogor dengan ukuran partikel tanah yang lolos saringan 1 mm ... 62 5. Hasil uji tumbuk manual ... 65 6. Hasil pengukuran nilai permeabilitas tanah pada model tanggul setelah dialiri air ... 66 7. Hasil uji permeabilitas pasir ... 69 8. Hasil pengukuran debit rembesan (qoutlet) berdasarkan pengamatan

langsung ... 70 9. Tahapan-tahapan penggambaran dalam program Seep/W ... 74 10. Perhitungan debit rembesan (qoutlet) dengan metode empiris ... 87

I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG

Tanggul merupakan salah satu bentuk dari bendungan urugan homogen. Tanggul yang banyak digunakan, dibangun dengan bahan tanah. Tanggul berfungsi untuk menahan aliran air dan menyangga permukaan air sehingga air yang masuk ke saluran dapat dikendalikan. Dalam sebuah pembangunan tanggul diperlukan suatu perencanaan yang efektif dan aman sehingga tanggul kokoh dan tidak mudah rusak. Perencanaan tanggul yang efektif diperlukan suatu disiplin ilmu seperti fisika tanah dan mekanika tanah. Permasalahan yang sering timbul yaitu pada tubuh tanggul. Tubuh tanggul yang terbuat dari urugan tanah yang dipadatkan mudah sekali mengalami kerusakan terutama pada saat musim hujan tiba. Tubuh tanggul akan mengalami penyusutan (konsolidasi) karena air yang jatuh saat musim hujan akan mengikis tubuh tanggul. Bila hal ini terus dibiarkan maka akan terjadinya keruntuhan tanggul.

Keruntuhan tanggul dapat diakibatkan oleh overtopping yaitu air melimpah melalui puncak tubuh tanggul yang dapat menyebabkan erosi serta longsor hingga akhirnya terjadi keruntuhan. Selain itu juga keruntuhan sebuah tanggul diakibatkan adanya rembesan atau bocoran pada tubuh tanggul. Rembesan yang mengalir dapat dipengaruhi oleh besarnya debit yang masuk ke dalam tubuh tanggul. Pengontrolan debit inlet pada tanggul perlu diperhatikan agar tidak melebihi debit kritis yang dapat mengakibatkan keruntuhan tanggul. Akibat keruntuhan tersebut, maka air yang tertampung dalam suatu bendungan akan mengalirkan ke lembah sungai di hilir tanggul dengan debit dan kecepatan yang sangat tinggi. Kejadian tersebut dapat menyebabkan terjadinya kerugian materi serta hancurnya infrastruktur yang ada di bagian hilir.

Air rembesan yang mengalir dari lapisan dengan butiran yang lebih halus menuju lapisan dengan butiran yang kasar, kemungkinan terangkutnya butiran halus lolos melewati lapisan yang lebih kasar tersebut dapat terjadi. Pada waktu yang lama, proses ini mungkin akan menyumbat ruang pori di dalam tanah dengan butiran kasar atau juga dapat terjadi piping pada bagian

butir halusnya. Bila kecepatan aliran membesar akibat dari pengurangan tahanan aliran yang berangsur-angsur turun, akan terjadi erosi butiran yang lebih besar lagi, sehingga membentuk pipa-pipa di dalam tanah yang dapat mengakibatkan keruntuhan pada bendungan. Kondisi demikian dapat dicegah dengan pemakaian filter antara dua bahan tersebut. Pada penelitian ini dibuat model tanggul menggunakan saluan drainase dengan bahan pasir dan pemakaian filter diantara lapisan pasir dan tanah dengan chapiphon drian belt.

Ukuran partikel tanah dapat mempengaruhi rembesan dalam tubuh tanggul. Penggunaan ukuran partikel tanah didasarkan pada skala dalam pembuatan model tanggul. Pada penelitian ini dibuat model tanggul sesuai dengan standar perencanaan yang dikeluarkan oleh Departemen Pekerjaan Umum pada tahun 1986. Model tanggul dibuat dengan menggunakan skala 1 : 12 yang “geometrical similiar” yaitu skala horizontal dan vertikal bernilai sama. Penggunaan skala 1 : 12 digunakan pada dimensi dan bahan pembentuk tanggul. Model tanggul dibuat dengan bahan pembentuk dari tanah, sehingga ukuran partikel tanah yang digunakan disesuaikan dengan skala. Ukuran partikel yang digunakan adalah tanah yang lolos saringan 1 mm.

Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan beberapa analisis debit rembesan pada model tanggul yang dilengkapi drainase kaki, drainase tegak dan tanpa drainase dengan ukuran partikel tanah yang sama (menggunakan saringan 4760 µm). Pada penelitian kali ini dilakukan analisis debit rembesan pada model tanggul yang dilengkapi drainase horizontal dan tanpa drainase dengan menggunakan ukuran partikel tanah yang berbeda dari penelitian sebelumnya yaitu dengan ukuran pertikel tanah yang lolos saringan 1 mm. Dengan ukuran partikel tanah yang lebih halus maka kemungkinan kestabilan tubuh tanggul akan lebih besar karena pada saat pemadatan, tanah tersebut lebih menyatu satu dengan lainnya. Hasil penelitian dapat bermanfaat untuk menjelaskan besarnya debit rembesan yang terjadi pada tubuh tanggul serta pengaruhnya terhadap tingkat kestabilan lereng tanggul.

B. TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Menghitung debit rembesan pada model tanggul, yaitu melalui pengamatan secara langsung, menggunakan metode perhitungan rumus dan analisis dengan program Seep/W, serta membandingkan hasil perhitungan debit rembesan dari ketiga metode tersebut.

2. Untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel tanah maksimum 1 mm terhadap debit rembesan pada tubuh model tanggul dan membandingkan hasil penelitian sebelumnya dengan menggunakan ukuran partikel tanah 4760 μm..

3. Untuk mengetahui pengaruh drainase tarhadap debit rembesan pada model tanggul.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. TANAH SECARA UMUM

Tanah terdapat dimana-mana, tetapi kepentingan orang terhadap tanah berbeda-beda. Dalam kehidupan sehari-hari tanah diartikan sebagai wilayah darat dimana di atasnya dapat digunakan untuk berbagai usaha misalnya pertanian, peternakan, mendirikan bangunan, dan lain-lain. Tanah adalah kumpulan dari benda alam di permukaan bumi yang tersusun dalam horison-horison, terdiri dari campuran bahan mineral, bahan organik, air dan udara dan merupakan media untuk tumbuhnya tanaman. Tanah tersusun dari empat bahan utama yaitu bahan mineral, bahan organik, air dan udara (Hardjowigeno, 2003).

Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel-partikel tersebut (Das, 1988).

Istilah tanah dalam mekanika tanah adalah mencakup semua bahan dari tanah lempung (clay) sampai berangkal (batu-batu yang besar); jadi semua endapan alam yang bersangkutan dengan teknik sipil kecuali batuan tetap (Wesley, 1973).

Pengertian tanah dalam bidang teknik sipil sama dengan pengertian “regolith” dalam geologi yaitu selubung atau lapisan terluar dari permukaan bumi yang terdiri dari partikel-partikel batuan yang lepas dan butir-butir mineral, yang umumnya terletak di atas batuan induk atau batuan tetap ( bed-rock) (Flint dan Skinner, 1974 dalam Aryono dan Soetoto, 1980).

Tanah Latosol merupakan salah satu jenis tanah yang terbentuk pada daerah bercurah hujan antara 2000 - 4000 mm tiap tahun. Memiliki bulan kering lebih dari tiga bulan dan mempunyai tipe iklim A, B (Shmidt/Ferguson), dengan bahan induk tuf vulkanik pada daerah yang mempunyai topografi berombak sampai bergunung dengan ketinggian

berkisar antara 10 – 100 m dari permukaan laut dan biasanya ditumbuhi oleh hutan hujan tropis (Soepraptohardjo, 1961 dalam Ishak, 1991).

Tanah latosol di Indonesia dicirikan dengan warna tanah merah sampai dengan coklat dengan warna yang tetap stabil dan solum tanah lebih besar dari 1.5 m. Tanah Latosol bertekstur liat seragam atau bertambah dengan naiknya kedalaman tanah (Soepraptohardjo dan Driessen, 1974 dalam Ishak, 1991).

B. SIFAT FISIK TANAH

1. Tekstur dan Struktur tanah

Tekstur tanah dapat didefinisikan sebagai penampilan visual suatu tanah berdasarkan komposisi kualitatif dari ukuran butiran tanah dalam suatu massa tanah tertentu. Partikel-partikel tanah yang besar dengan beberapa partikel kecil akan terlihat kasar atau disebut tanah yang bertekstur kasar. Gabungan partikel yang lebih kecil akan menghasilkan bahan yang bertekstur sedang dan gabungan partikel yang berbutir halus akan menghasilkan tanah yang bertekstur halus (Bowles, 1989).

Sistem klasifikasi tanah berdasarkan ukuran butir telah dikembangkan oleh Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA) dan International Soil Science Society (ISSS) seperti pada Gambar 1. Klasifikasi tanah juga dapat dilihat berdasarkan segitiga tekstur tanah dan Klasifikasi Sistem Unified seperti pada Gambar 2 dan Gambar 3.

Gambar 1. Klasifikasi tekstur tanah menurut ISSS (Kalsim dan Sapei, 2003)

2 0.02

20 200 2000 μm US Department of agriculture classification (USDA)

0.05 0.1 0.25 0.5 1.0 2.0

clay

clay silt silt

very fine fine

medi- um coarse

very coarse sand

sand

fine coarse

gravel gravel

Gambar 2. Segitiga tekstur tanah menurut USDA (Dunn, et al., 1992)

Gambar 3. Klasifikasi tanah berdasarkan sistem Unified (Terzaghi dan Peck,1987)

Struktur tanah merupakan gumpalan kecil dari butir-butir tanah. Gumpalan struktur ini terjadi karena butir-butir pasir, debu dan liat terikat satu sama lain oleh perekat seperti bahan organik, oksida-oksida besi dan lain-lain. Menurut bentuknya struktur tanah dibedakan menjadi bentuk lempeng, prisma, tiang, gumpal bersudut, gumpal membulat, granuler dan remah.

Persen berat pasir

Diagram plastisitas:

Untuk mengidentifikasi kadar butiran halus yang terkandung dalam tanah berbutir halus dan tanah berbutir kasar. Batas

Atterberg yang termasuk dalam daerah yang diarsir berarti batasan klasifikasinya menggunakan dua simbol.

CL-ML

ML _atau OL

MH atau OH

CH

LH

70 80 90 10 10 20 40 30 60 50

Batas Cair LL (%) Garis A: PI = 0,73 (LL-20)

In de ks P la st is ita s P I ( % )

Garis A

7 4 60 50 40 30 20 10

Tanah dikatakan berstruktur baik (granuler, remah) mempunyai tata udara yang baik, unsur-unsur hara lebih mudah tersedia dan mudah diolah. Struktur tanah yang baik adalah bentuknya membulat sehingga tidak dapat saling bersinggungan dengan rapat (Hardjowigeno, 2003).

2. Kadar Air Tanah

Kadar air tanah merupakan banyaknya air yang terkandung di dalam tanah. Untuk menentukan kadar air tanah, dapat dinyatakan dalam beberapa cara diantaranya melalui perbandingan relatif terhadap massa padatan volume tanah, volume padatan tanah dan terhadap pori tanah.

Kadar air didefinisikan sebagai perbandingan antara berat air dan berat butiran padat dari volume tanah yang diselidiki (Das, 1988).

Menurut Wesley (1973) untuk menentukan kadar air, sejumlah tanah ditempatkan dalam wadah yang beratnya (W1) diketahui sebelumnya.

Wadah dengan tanah ditimbang (W2) dan kemudian dimasukkan dalam

oven yang temperaturnya 105 0C untuk masa waktu 24 jam. Kemudian wadah dan tanah ditimbang kembali (W3). Dengan demikian besarnya

kadar air tanah dapat diketahui. Kadar air =

1 3

3 2

W W

W W

− −

………(1)

3. Permeabilitas

Menurut Wesley (1973) rembesan (permeabilitas) adalah kemampuan tanah untuk dapat dirembes air. Rembesan air dalam tanah hampir selalu berjalan secara linier yaitu jalan atau garis yang ditempuh air merupakan garis dengan bentuk yang teratur (smooth curve).

Koefisien permeabilitas dapat ditentukan dengan pengujian lapangan atau laboratorium. Koefisien permeabilitas untuk tanah berbutir kasar dapat ditentukan dari constant head test. Untuk tanah berbutir halus digunakan falling head test. Uji tersebut telah distandarisasikan pada suhu air 20oC, karena viskositas air bervariasi dari suhu 4oC sampai 30oC (Craig, 1991).

Koefisien permeabilitas tanah tergantung beberapa faktor yaitu kekentalan cairan, distribusi ukuran pori, distribusi ukuran butir, angka pori, kekasaran permukaan butiran tanah, dan derajat keasaman jenuh (Das, 1988).

Tabel 1. Klasifikasi permeabilitas tanah Permeabilitas (cm/jam) Kelas

< 0.125 Sangat rendah

0.125 – 0.5 Rendah

0.5 – 0.2 Agak rendah

2.0 – 6.35 Sedang

6.35 – 12.7 Agak cepat

12.7 – 25.4 Cepat

> 25.4 Sangat cepat

Sumber : Sitorus (1980) dalam Ishak (1991)

4. Berat Jenis Partikel Tanah

Berat jenis tanah adalah perbandingan antara berat isi tanah di udara pada suhu tertentu dengan berat isi air yang sama pada suhu tertentu (Aryono dan Soetoto, 1980). Persamaan yang digunakan sebagai berikut :

w s

s s

V W G

γ

= ...………(2) dimana : GS = Berat jenis butiran tanah (g/cm3)

Ws = Berat butiran (gram)

Vs = Volume butiran (cm3)

w

=

Berat isi air pada temperatur tertentu, sesuai dengan temperatur tanah (biasanya diambil pada temperatur 15 0C). _w

=

1

(

Pada temperatur 4 0C) Berat jenis dari berbagai tanah berkisar antara 2.65-2.75. Nilai berat jenis sebesar 2.65 biasanya digunakan untuk tanah tak berkohesi. Untuk tanah kohesif tak organik berkisar antara 2.68-2.72. Nilai-nilai berat jenis partikel tanah dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Berat jenis partikel tanah (specific grafity) Jenis tanah Berat jenis (Gs)

Kerikil 2.65 – 2.68

Pasir 2.65 – 2.68

Lanau tak organik 2.62 – 2.68

Lanau organik 2.58 – 2.65

Lempung tak organik 2.68 – 2.75

Humus 1.37

Gambut 1.25 – 1.80

Sumber : Hardiyatmo (1992)

5. Berat Isi Tanah

Berat isi tanah ( ) adalah berat tanah per satuan volume tanah. Berat isi tanah dapat juga dinyatakan dalam berat butiran padat, kadar air, dan volume total (Das, 1988). Berat isi tanah atau unit weight atau density adalah perbandingan antara berat tanah seluruhnya dengan isi tanah seluruhnya .

Penentuan berat isi tanah di laboratorium digunakan silinder yang diisi oleh tanah yang akan ditentukan berat isinya. Bagian atas dan bawah silinder diratakan dengan batang gelas dan kemudian ditimbang, dan berat silinder diketahui sehingga didapat berat isi tanah (Aryono dan Soetoto, 1980).

Berat silinder dan tanah = a gram Berat silinder = b gram

Berat isi tanah =

nder volumesili

gram b

a )

( −

………...(3)

6. Porositas

Porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pori dengan volume tanah total. Porositas dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut (Das, 1988) :

t v V V

n= ………(4)

dimana : n = porositas

Vv = volume pori

Vt = volume total

Porositas tanah dipengaruhi oleh kandungan bahan organik, struktur tanah, dan tekstur tanah. Porositas tanah tinggi jika kandungan bahan organik tinggi. Tanah dengan struktur granuler atau remah, mempunyai porositas yang lebih tinggi daripada tanah dengan struktur massive (pejal). Tanah dengan tekstur pasir banyak mempunyai pori-pori makro sehingga sulit menahan air (Hardjowigeno, 2003).

7. Angka Pori

Angka pori (e) adalah rasio antara volume pori dan volume bahan padat; yang selalu dinyatakan sebagai satuan desimal. Angka pori banyak digunakan dalam mekanika tanah untuk menyatakan berbagai parameter fisik sebagai fungsi dari kepadatan tanah (Dunn et al., 1992).

Angka pori dinyatakan hanya dalam bilangan saja. Nilainya berkisar 0.3 – 3.0. Angka pori didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pori dengan volume butiran padat. (Wesley, 1973).

s v

V V

e= ……….(5)

dimana : e = angka pori Vv = volume pori Vs = volume padat

8. Potensial Air Tanah

Muka airtanah (water table) atau phreatic surface, adalah suatu batas dalam tanah dimana tekanannya sama dengan tekanan atmosfir. Daerah di atas muka airtanah disebut zona tak jenuh, meskipun sedikit batas tersebut tanah masih dalam keadaan jenuh karena adanya proses kenaikan kapiler (capillary fringe). Air dalam zona tak jenuh disebut lengas tanah (soil

moisture), sedangkan istilah airtanah (ground water) umumnya berkaitan dengan air dalam daerah jenuh di bawah muka airtanah (Kalsim dan Sapei, 2003).

C. SIFAT MEKANIK TANAH 1. Konsistensi Tanah

Konsistensi tanah menunjukkan kekuatan daya kohesi butir-butir tanah atau gaya adhesi butir-butir tanah terhadap gaya yang akan mengubah bentuk. Tanah yang mempunyai konsistensi baik umumnya mudah diolah dan tidak melekat pada alat pengolahan. Dalam keadaan lembab, tanah dibedakan kedalam konsistensi gembur (mudah diolah) dan teguh (agak sulit dicangkul). Dalam keadaan kering, tanah dibedakan kedalam konsistensi lunak sampai keras. Dalam keadaan basah dibedakan plastisitasnya yaitu dari plastis sampai tidak plastis atau kelekatannya dari tidak lekat sampai lekat (Hardjowigeno, 2003).

Konsistensi tanah tergantung pada tekstur, sifat, jumlah koloid-koloid inorganik dan organik, struktur dan terutama kandungan air tanah. Dengan berkumpulnya kandungan air, umumnya tanah-tanah akan kehilangan sifat melakatnya (stickness) dan plastisitasnya sehingga dapat menjadi gembur (friabel) dan lunak (soft) dan akhirnya jika kering akan menjadi coherent

(Hakim et al., 1986).

2. Pemadatan Tanah

Tingkat pemadatan tanah diukur dari berat volume kering tanah yang dipadatkan. Bila air ditambahkan kepada suatu tanah yang sedang dipadatkan, air tersebut akan berfungsi sebagai unsur pembasah (pelumas) pada partikel-partikel tanah. Karena adanya air, partikel-partikel tanah tersebut akan lebih mudah bergerak dan bergeseran satu sama lain dan membentuk kedudukan yang lebih rapat/ padat. Untuk usaha pemadatan yang sama, berat volume kering dari tanah akan naik bila kadar air dalam tanah (pada saat dipadatkan) meningkat. Faktor-faktor yang

mempengaruhi tingkat pemadatan tanah adalah kadar air, jenis tanah dan usaha pemadatan (Das, 1988).

Pemadatan tanah adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis. Dilapangan pemadatan biasanya dilakukan dengan cara menggilas dengan roller sedangkan di laboratorium biasanya dilakukan dengan uji pemadatan standar (Proctor). Kepadatan suatu tanah tercapai tergantung kepada kadar airnya. Bila kadar air suatu tanah tertentu rendah maka tanah itu keras atau kaku dan sukar dipadatkan. Bila kadar air ditambah maka air berlaku sebagai pelumas sehingga tanah tersebut akan lebih mudah dipadatkan dan ruangan kosong antara butir nanti akan menjadi lebih kecil. Kadar air ini selalu bergantung pada gaya pemadatan. Bila daya pemadatan berlainan maka kadar air optimum juga akan berlainan (Wesley, 1973).

D. UKURAN PARTIKEL TANAH

Ukuran partikel tanah berkisar dari batu bulat dengan diameter lebih dari 1 m sampai dengan partikel berukuran lempung dengan diameter kurang dari 0.001 mm. Pada umumnya, dasar-dasar mekanika tanah yang dikembangkan adalah mempelajari tanah-tanah dengan ukuran partikel berkisar dari ukuran lempung sampai kerikil (Dun et al., 1992).

Partikel-partikel pasir ukurannya jauh lebih besar dan memiliki luas permukaan yang kecil (dengan berat yang sama) dibandingkan dengan partikel-partikel debu dan liat (Tabel 3). Semakin tinggi persentasi pasir dalam tanah, semakin banyak ruang pori-pori di antara partikel-partikel tanah dan semakin dapat memperlancar gerakan udara dan air (Hakim et al., 1986).

Makin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori, dan makin rendah koefisien permeabilitasnya. Partikel tanah berpengaruh terhadap pengontrolan rembesan. Salah satu syarat untuk filter yang digunakan dalam pengontrolan rembesan adalah ukuran pori harus cukup kecil. Gunanya untuk mencegah adanya partikel-partikel yang terbawa ke tanah didekatnya (Craig, 1987).

Tabel 3. Klasifikasi partikel tanah menurut USDA dan Sistem Internasional

Jenis tanah

Diameter (cm)

Jumlah partikel/gram

Luas permukaan untuk 1 gram

tanah (cm2) Sistem

USDA

Sistem Internasional

Pasir sangat

kasar 2-1 - 90 11

Pasir kasar 1-0.5 2-0.2 720 23

Pasir sedang 0.5-0.25 - 5700 45

Pasir halus 0.25-0.1 0.2-0.02 46000 91 Pasir sangat

halus 0.1-0.05 - 722000 227

Debu 0.05-0.002 0.02-0.002 5776000 454 Liat <0.002 <0.002 90260853000 8000000

Sumber : Hakim et al. (1986)

Dari beberapa peneliti (Setyowati (2006), Sari (2005) dan Hakim (2004)) telah melakukan penelitian terhadap debit rembesan pada model tanggul dengan penggunaan ukuran partikel tanah 4760 μm. Beberapa peneliti (Sakai

et al. (1999), Erizal et al. (1998) dan Sakai (1997)) telah membuktikan adanya perbedaan hasil pengukuran akibat adanya perbedaan ukuran partikel yang digunakan. Hasil penelitian telah membuktikan bahwa ukuran partikel tanah berpengaruh terhadap tahanan tanah.

E. MODEL

Menurut Suwarto (2006) model didefinisikan sebagai suatu perwakilan atau abstraksi dari sebuah obyek atau situasi aktual. Model dikatakan lengkap apabila dapat mewakili berbagai aspek dari realitas yang sedang dikaji. Secara umum jenis model dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu : model ikonik, model analog, dan model simbolik.

Lebih lanjut Suwarto (2006) menyatakan model ikonik adalah perwakilan fisik dari beberapa hal baik dalam bentuk ideal ataupun dalam skala yang berbeda. Model ikonik dapat berdimensi dua (foto, dan peta) atautiga dimensi

(prototip mesin, alat). Model analog dapat mewakili situasi dinamik, yaitu keadaan berubah menurut waktu. Contoh model analog adalah kurva permintaan, kurva distribusi frekuensi pada statistik, dan diagram alir. Pada hakekatnya, ilmu sistem memusatkan perhatian kepada model simbolik sebagai perwakilan dari realitas yang sedang dikaji. Model simbolik dapat berupa bentuk angka, simbol, dan rumus. Jenis model simbolik yang umum dipakai adalahsuatu persamaan.

Sifat model: Probabilistik (biasanya mengkaji ulang data atau informasi terdahulu untuk menduga peluang kejadian tersebut pada keadaan sekarang atau yang akan datang). Deterministik (model kuantitatif yang tidak mempertimbangkan peluang kejadian). Deskriptif (untuk mempermudah penelaahan suatu permasalahan). Optimalisasi (perbandingan antar alternatif dilakukan). Kegunaan model diantaranya untuk berfikir atau melakukan analisis, sebagai media untuk berkomunikasi, melakukan prediksi (peramalan), untuk kontrol / pengendalian dan untuk berlatih / melakukan simulasi (Hutabarat M.T dan Rahardjo.B, 2006).

F. TANGGUL

Tanggul merupakan salah satu bentuk dari bendungan urugan homogen. Dikatakan demikian karena ia mempunyai bentuk dan dimensi yang sama dengan bendung. Hampir semua tanggul dibuat dengan bahan tanah yang hampir sejenis dan gradasinya (susunan ukuran butirannya) hampir seragam. Tanggul saluran adalah tanggul tanah yang berfungsi untuk menahan aliran air dan menyangga permukaan air sehingga air yang masuk ke saluran dapat dikendalikan (Sosrodarsono dan Takeda, 1976). Tanggul merupakan bendung urugan serba sama karena lebih dari setengah volumenya terdiri atas bahan bangunan yang seragam. Bendungan urugan serba sama dibagi menjadi 2 tipe yaitu bendungan urugan tanah dan bendungan urugan pasir dan kerikil (Soedibyo, 1988).

Lebih lanjut Soedibyo (1988) menyatakan bendungan urugan tanah masih dibagi menjadi 4 tipe yaitu :

1. Bendungan urugan tanah dengan saluran drainase kaki 2. Bendungan urugan tanah dengan saluran drainase horizontal 3. Bendungan urugan tanah dengan saluran drainase tegak 4. Bendungan urugan tanah dengan saluran drainase kombinasi.

Tanggul dipakai untuk melindungi daerah irigasi dari banjir yang disebabkan oleh sungai, pembuangan yang besar atau laut. Biaya pembuatan tanggul banjir bisa menjadi sangat besar jika tanggul itu panjang dan tinggi. Karena fungsi lindungnya yang besar terhadap daerah irigasi dan penduduk yang tinggal di daerah-daerah ini, maka kekuatan dan keamanan tanggul harus benar-benar diselidiki dan direncanakan sebaik-baiknya (DPU, 1986).

DPU (1986) menyatakan bahwa rembesan terjadi apabila tubuh tanggul harus mengatasi beda tinggi muka air dan jika aliran yang diakibatkannya meresap masuk ke dalam tanah di sekitar tanggul. Aliran ini mempunyai pengaruh yang merusakkan stabilitas tanggul karena terangkutnya bahan-bahan halus dapat menyebabkan erosi bawah tanah. Jika erosi bawah tanah sudah terjadi, maka membentuk jalur rembesan antara bagian hulu dan bagian hilir tanggul. Keadaan ini akan mengakibatkan kerusakan, sebagai terkikisnya tanah pondasi.

G. DIMENSI TANGGUL

DPU (1986) menyatakan dimensi tanggul adalah sebagai berikut : 1. Tinggi Tanggul

Tinggi tanggul adalah beda tinggi tegak antara puncak dan bagian bawah dari pondasi tanggul. Permukaan pondasi adalah dasar dinding kedap air atau dasar zona kedap air. Apabila pada tanggul tidak terdapat dinding atau zona kedap air, maka yang dianggap permukaan pondasi adalah garis perpotongan antara bidang vertikal yang melalui tepi hulu mercu tanggul dengan permukaan pondasi alas tanggul tersebut. Sedangkan mercu adalah bidang teratas dari suatu tanggul yang tidak dilalui oleh luapan air dari saluran.

2. Tinggi Jagaan (Free Board)

Tinggi jagaan adalah perbedaan antara elevasi permukaan maksimum rencana air dalam saluran dengan elevasi mercu tanggul. Elevasi permukaan maksimum rencana merupakan elevasi banjir rencana saluran. 3. Kemiringan Lereng (Talud)

Kemiringan rata-rata lereng tanggul (hulu dan hilir) adalah perbandingan antara panjang garis vertikal yang melalui puncak dan panjang garis horizontal yang melalui tumit masing-masing lereng tersebut.

Chow (1989) menyatakan kemiringan saluran biasanya ditentukan oleh keadaan topografi. Dalam berbagai hal, kemiringan ini dapat pula tergantung kegunaan saluran. Misalnya sebagai saluran irigasi, persediaan air minum, penambangan hidrolika dan proyek pembangkit. Kemiringan dinding saluran terutama tergantung pada jenis bahan. Tabel 3. memuat kemiringan yang dapat dipakai pada berbagai jenis bahan.

Tabel 4. Kemiringan saluran berdasarkan jenis bahan

Bahan Kemiringan

Batu Hampir tegak lurus

Tanah gambut (peat), rawang (muck) ¼ : 1

Lempung teguh atau tanah berlapis beton ½ : 1 sampai 1 : 1 Tanah berlapis batu atau tanah bagi

saluran yang lebar

1 : 1

Lempung kaku atau tanah bagi parit kecil 1 ½ : 1

Tanah berlapis lepas 2 : 1

Lempung berpasir atau lempung berpori 3 : 1 Sumber : Chow (1989)

H. DEBIT REMBESAN

Debit rembesan (aliran) adalah kapasitas rembesan air yang mengalir ke hilir melalui tubuh dan pondasi tanggul. Debit rembesan suatu tanggul mempunyai batas-batas tertentu yang mana apabila debit rembesan melampaui batas tersebut, maka kehilangan air yang terjadi akan cukup besar. Debit rembesan dapat menimbulkan gejala suforsi (piping) serta gejala sembulan (boiling) yang sangat membahayakan kestabilan tubuh tanggul (Sosrodarsono dan Takeda, 1977).

Setyowati (2006) menyatakan besarnya debit rembesan yang terjadi pada tubuh tanggul dapat diperkecil dengan cara :

1. Pemakaian bahan pelapis dari beton, aspal, karet, plastik dan sebagainya. 2. Pemakaian adukan encer (grout).

3. Pemakaian filter pada bagian keluar dari elemen yang tidak tembus air. 4. Pemakaian inti atau dinding halang dengan koefisien permeabilitas yang

rendah.

Debit rembesan yang terjadi tidak boleh melebihi dari batas-batas yang telah ditentukan karena akan membahayakan tanggul dan menyebabkan pengoperasian waduk tidak efektif. Debit air harus dibatasi yaitu 2% - 5% dari debit rata-rata yang masuk ke dalam waduk atau saluran. Semakin besar debit rata-rata yang mengalir pada sebuah saluran irigasi maka presentase maksimal yang diambil harus semakin kecil (Soedibyo, 1988).

Terdapat beberapa cara untuk menghitung debit rembesan yang melewati tanggul yang dibangun dari tanah urugan homogen diantaranya adalah : 1. Cara A. Casagrande

A.Casagrande (1973) dalam Hardiyatmo (1992) mengusulkan cara untuk menghitung rembesan lewat tubuh tanggul yang didasarkan pada pengujian model parabola AB (Gambar 4). Berawal dari titik A’, dengan A’A = 0.3 x (AD).

Gambar 4. Hitungan rembesan cara A. Casagrande

Menurut A. Casagrande debit rembesan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

q = k

a

_sin2α _{……….(6)}

(

2 2

) (

2 2 2α

)

ctg H d H

d

a = + − − ...(7)

dimana : q = debit rembesan (m3/det) k = koefisien permeabilitas (m/det)

α = sudut hilir tanggul

d = jarak horizontal antara E dan C (m)

a

_{= panjang zona basah (m)}

H = tinggi muka air (m) 2. Cara Grafik

Taylor (1948) dalam Sosrodarsono dan Takeda (1977) memberikan penyelesaian dalam bentuk grafik. Prosedur untuk mendapatkan debit rembesan dengan cara grafik adalah dengan menentukan nilai banding d/H dari Gambar 5. Dari nilai d/H dan α, nilai m dapat diperoleh dari grafik pada Gambar 5, kemudian panjang

a

_{dihitung dengan menggunakan}

rumus :

α sin

mH

a= ………...(8)

Gambar 5. Grafik Hitungan Rembesan (Taylor, 1948 dalam Sosrodarsono dan Takeda, 1977)

3. Cara Bowles

Berdasarkan Gambar 6 jumlah rembesan pada tanggul urugan dapat diketahui dengan menghitung panjang zona basah (

a

₎

pada bagian hilir tanggul (Bowles, 1989) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

0 2

2 2

2

30 sin

cos

cos − − ≤

=

α

α

α

α

untuk

H d

d

a ...(10) q = k a _sin α _tan α _{………(11)} dimana : a _{= panjang zona basah}

d = jarak antara titik asal dari garis freatik dengan ujung bawah hilir

H = tinggi tekan air (beda tinggi muka air hulu dan muka air hilir)

α = sudut antara muka tanggul bagian hilir dan dasar tanggul Perhitungan ini dapat digunakan untuk perhitungan jumlah rembesan dan biasanya direkomendasikan untuk memperoleh penyelesaian yang cepat apabila α ≤ 300 apabila α ≥ 30, pemakaian persamaan di atas dapat memberikan perkiraan yang cukup memuaskan tentang jumlah rembesan pada beberapa kasus (Bowles, 1989).

Gambar 6. Garis rembesan dalam tubuh tanggul (Bowles, 1989)

I. DRAINASE DAN FILTER

Sistem drainase digunakan untuk mengatasi luapan dan kandungan air yang tidak diinginkan. Air rembesan mengalir dari lapisan dengan butiran yang lebih halus menuju lapisan yang kasar, kemungkinan terangkutnya bahan butiran lebih halus lolos melewati bahan yang lebih kasar tersebut dapat terjadi. Pada waktu yang lama proses ini mungkin juga dapat terjadinya piping pada bagian butir halusnya. Erosi butiran mengakibatkan turunnya tahanan aliran air dan naiknya gradien hidrolis. Bila kecepatan aliran air membesar akibat dari pengurangan tahanan aliran yang berangsur-angsur turun, akan terjadi erosi butiran yang lebih besar lagi, sehingga membentuk pipa-pipa di dalam tanah yang dapat mengakibatkan keruntuhan pada bendungan. Kondisi demikian dapat dicegah dengan pemakaian filter antara dua bahan tersebut (Soedibyo, 1993).

Menurut Craig (1987) filter atau drainase dimaksudkan untuk mengendalikan rembesan harus memenuhi dua persyaratan yaitu :

1. Ukuran pori-pori harus lebih kecil untuk mencegah butir-butir tanah terbawa aliran.

2. Permeabilitas harus cukup tinggi untuk mengizinkan kecepatan drainase yang besar dari air yang masuk filternya.

Salah satu dari bentuk filter yaitu Caphipon drain belt. Chapiphon merupakan penemuan terbaru berupa lajur yang terbuat dari plastik. Bahan ini mempunyai daya hisap, kekuatan menahan beban dan gravitasi yang baik untuk mencegah penyumbatan dan menghasilkan debit pembuangan yang tinggi dengan memanfaatkan sistem kapilarisasi. Aplikasi capiphon ini antara lain untuk pencegahan terhadap longsor dari erosi pantai, drainase pondasi, water proofing, drainase dalam tanah, proteksi lingkungan, irigasi untuk pertanian dan perkebunan serta pembuangan buatan air bawah tanah.

Gambar 7. Bahan filter caphiphon drain belt

J. PROGRAM GEO-SLOPE

GEO-SLOPE adalah suatu program dalam bidang geoteknik dan modeling geo-environment yang dibuat oleh GEO-SLOPE Internasional, Kanada pada tahun 2002. Program geoslope ini sendiri terdiri dari SLOPE/W, SEEP/W, SIGMA/W, QUAKE/W, TEMP/W dan CTRAN/W yang satu sama lainnya saling berhubungan sehingga dapat dianalisa dalam berbagai jenis permasalahan dengan memilih jenis program yang sesuai untuk tiap-tiap masalah yang berbeda (http://www.geoslope.com). Pengertian untuk tiap program tersebut adalah sebagai berikut:

1. SLOPE/W adalah suatu software untuk menghitung faktor keamanan dan stabilitas lereng.

3. SIGMA/W adalah suatu software untuk menganalisa tekanan geoteknik dan masalah deformasi.

4. QUAKE/W adalah suatu software untuk menganalisa gempa bumi yang berpengaruh terhadap perilaku tanggul, lahan, dan kemiringan lereng. 5. TEMP/W adalah suatu software untuk menganalisa masalah geothermal. 6. CTRAN/W adalah suatu software yang dapat digunakan bersama dengan

SEEP/W untuk model pengangkutan zat-zat pencemar.

Program SEEP/W

Seep/W merupakan suatu software yang digunakan dalam menganalisa rembesan air dalam tanah dan tekanan air rembesan, yang membuat material menyerap air seperti tanah dan batu. Seep/W dapat diaplikasikan dalam meganalisis dan mendesain pada bidang geoteknik, sipil hidrogeologika dan proyek pengembangan tambang.

Seep/W diformulasikan untuk aliran air baik kondisi jenuh maupun kondisi tak jenuh pada tanah yang didasarkan pada Hukum Darcy. Darcy menyatakan bahwa kecepatan perembesan berbanding langsung terhadap gradien hodrolik dan dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut (manual Seep/W, 2002):

q = k . i ... (12) dimana : q = kecepatan perembesan air

k = konduktivitas hidrolik i = gradien hidrolik dengan i =

L h

...(13) dimana : i = gradien hidrolik

h = selisih ketinggian permukaan air untuk jarak L L = panjang lintasan

Fungsi Kadar Air Volumetrik (Volumetric Water Content Functions) merupakan pokok perumusan dari analisa rembesan. Diperlukan adanya suatu pemahaman dari hubungan antara tekanan pori air dan kadar air. Sebagai aliran air dalam tanah, sejumlah air tertentu disimpan atau ditahan di dalam struktur tanah. Ketika derajat kejenuhan mencapai 100%, maka volumetric water content akan sama dengan porositas tanah tersebut. Volumetric Water Content Functions didapatkan dari persamaan (manual Seep/W, 2002):

Θ = Vw/V ... (14) dimana : Θ = Volumetric water content

Vw = volume air V = volume total

Fungsi konduktivitas hidrolika (Hydroulic Conductivity Functions) tergantung pada kadar air. Ketika kadar air adalah fungsi dari tekanan pori air dan Konduktivitas hidrolika merupakan fungsi dari kadar air,dapat disimpulkan bahwa konduktivitas hidrolika juga merupakan suatu fungsi dari tekanan pori air (manual Seep/W, 2002).

Dari hasil program Seep/W dapat diketahui arah/vektor aliran, garis rembesan, pola aliran (flow net), debit rembesan dan lain sebagainya. Data-data yang dibutuhkan antara lain jenis bahan, permeabilitas (konduktivitas hidrolik), tinggi tekan (head preassure), pF, flux, atau kombinasi dari data-data tersebut.

III. METODOLOGI

A. TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah serta Laboratorium Hidrolika dan Hidromekanika Depertaman Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juli 2007.

B. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan

Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah :

a. Tanah jenis Latosol yang berasal dari lahan percobaan Leuwikopo, Darmaga –Bogor.

b. Acrylic, lem, pipa, selang, besi siku dan bambu untuk membuat kotak model.

2. Alat

a. Cangkul

b. Penumbuk tanah c. Wadah/ember d. Gergaji

e. Saringan tanah 1 mm f. Pisau

g. Timbangan h. Oven i. Desicator

j. Kotak pemadatan tanah k. Sendok pengaduk

l. Alat uji kuat geser m. Alat uji falling head n. LL Device Groving tools o. Penyemprot air

p. Pelantak (rammer) q. Stopwatch

r. Gelas ukur s. Gelas plastik t. Selang

C. METODE PENELITIAN

Pengambilan contoh tanah Penghalusan tanah

Sifat Fisik tanah

Pembuatan model tanggul Pengaliran air Pembuatan kotak model tanggul

Pembongkaran model tanggul Pengamatan

Selesai Uji permeabilitas

Mulai

Pengolahan Data (Analisis Debit Rembesan) Laporan

Uji Tumbuk Manual

1. Pembuatan Kotak Model Tanggul

Kotak model dibuat dengan menggunakan bahan acrylic (fiberglass) dan dilengkapi dengan inlet,spillway sebagai kontrol ketinggian air, outlet untuk pembuangan rembesan air dan saluran drainase horizontal

Gambar 9. Kotak model tanggul

2. Pengambilan Contoh Tanah

Untuk bahan timbunan model tanggul digunakan contoh tanah terganggu. Contoh tanah diambil dengan alat cangkul pada kedalaman 20 – 40 cm, kemudian tanah dikeringudarakan untuk mengurangi kadar airnya sehingga memudahkan dalam pengayakan. Tanah yang kering selanjutnya disaring dengan saringan 1 mm kemudian dikondisikan dahulu sekitar kadar air optimum dan ditutup rapat untuk menjaga agar tidak terjadi penguapan air tanah yang berlebihan. Kadar air optimum adalah kadar air pada saat mencapai berat isi maksimum. Kadar air optimum merupakan suatu indeks yang sangat penting didalam pekerjaan tanah untuk konstruksi.

3. Penghalusan Tanah

Tanah yang telah dikeringudarakan, selanjutnya ditumbuk dengan menggunakan palu kayu. Tujuannya agar tanah tersebut lolos saringan 1 mm, selanjutnya tanah disaring dengan saringan maksimum 1 mm.

4. Pengukuran Sifat Fisik Tanah a. Kadar Air Tanah

Pengukuran kadar air pada contoh tanah dilakukan dengan menggunakan metode gravimetrik atau menggunakan metode JIS A 1203-1978. Kadar air merupakan nisbah antara berat air dengan berat tanah kering (basis kering) atau nisbah antara volume air dengan volume tanah utuh (basis volume). Kadar air tanah dapat dihitung dengan persamaan berikut (Sapei, et al., 1990) :

% 100 x m m

m m w

c b

b a

− −

= ………. (15)

dimana : w = kadar air tanah (%)

ma = barat tanah basah dan wadah (gram)

mb = berat tanah kering oven dan wadah (gram)

mc = berat wadah (gram)

b. Konsistensi Tanah

Atterberg mengembangkan suatu metode untuk menjelaskan sifat konsistensi tanah berbutir halus pada kadar air yang bervariasi. Kadar air dimana transisi dari keadaan semi padat ke keadaan plastis terjadi dinamakan batas plastis, sedangkan dari keadaan plastis ke keadaan cair dinamakan batas cair. Batas-batas ini dikenal dengan Atterberg Limit (Das, 1988).

Pengukuran batas cair dilakukan dengan menggunakan metode standar JIS 1205-1980 (Sapei et al., 1990). Alat untuk menentukan batas cair yaitu Alat Casagrande. Pasta tanah dimasukkan kedalam mangkuk kemudian diratakan permukaannya. Selanjutnya dibuat goresan dengan spatula sampai mengenai bagian bawah mangkuk, kemudian diputar dengan pengungkit sampai goresan tanah tersebut bertemu (Aryono dan Soetoto, 1980).

Pengukuran batas plastis dilakukan dengan menggunakan metode JIS A 1206-1970 (1978) yaitu dengan menggunakan metode

Casagrande. Metode ini dilakukan dengan cara menggulung pasta tanah pada permukaan kaca sehingga mencapai diameter ± 3mm.

Gambar 10. Uji batas cair dan batas plastis

c. Pemadatan Tanah

Uji pemadatan dilakukan dengan uji Proctor sebagai uji standar. Metode ini merupakan standar JIS A 1210- 1980 1.1.1. Dari uji ini diperoleh kadar air optimum (Wopt) dan berat isi kering maksimum

(ρmaks). Kedua nilai tersebut merupakan nilai uji pemadatan standar

sebagai acuan untuk melakukan pemadatan tanggul. Pengukuran berat isi dilakukan pada contoh tanah utuh dimana berat isi merupakan berat tanah kering oven yang terdapat dalam volume tanah utuh. Perhitungan menggunakan persamaan berikut :

) 100 (

100 w atau

V

W _w

d tk

d = = ₊

ρ ρ

ρ ………...(16)

V W_tb

w =

ρ ………....(17)

dimana : ρw = Berat isi basah (g/cm3) ρd = Berat isi kering (g/cm3)

Wtb = Berat tanah basah (g)

Wtk = Berat tanah kering (g)

V = Volume tanah (cm3) W = Kadar air (%)

d. Uji Permeabilitas Tanah

Metode yang digunakan dalam pengukuran ini adalah “falling head”. Tanah yang akan di uji harus direndam terlebih dahulu minimal 24 jam agar tanah menjadi jenuh. Persamaan untuk metode “falling head” adalah sebagai berikut:

Kt = 2.3 (al / AT) log10 (h1/h2) ...………...(18)

dimana : Kt = koefisien permeabilitas tanah (cm/dtk)

a = luas permukaan pipa gelas (cm2) l = panjang contoh tanah (cm)

A = luas permukaan contoh tanah (cm2) T = waktu (dtk)

h1 = tinggi miniskus atas (cm)

h2 = tinggi miniskus bawah (cm)

Gambar 11. Uji permeabilitas metode falling head e. Uji Tekstur Tanah

Uji tekstur tanah dilakukan untuk menentukan distribusi (sebaran) ukuran setiap butir partikel tanah. Distribusi ukuran partikel tanah ditentukan oleh variasi diameter partikel, dan berdasarkan prosentase berat setiap fraksi terhadap berat toal. Metode yang digunakan sesuai standar JIS. A 1204 – 1980 (Sapei et al, 1990).

5. Uji Tumbuk Manual

Uji tumbuk ini dilakukan untuk mendapatkan ratio compaction (RC) > 90 %. Pada bahan timbunan tanggul, tanah dipadatkam dengan menggunakan alat tumbuk manual yang memiliki berat, tinggi jatuh, jumlah tumbukan, jumlah lapisan, dan energi serta frekuensi penumbukan yang telah diperhitungkan sehingga jumlah tumbukan (besarnya energi yang diberikan) akan menunjukkan kepadatan maksimum dan kadar air optimum bahan tersebut.

Nilai RC didapatkan dari persamaan berikut : Ratio Compaction (%)

RC = octor dar UjiS dilapangan d d Pr tan max ρ ρ ...(19)

ρd =

w t + 100 100ρ ...(20)

ρt =

V m m₂− ₁

... (21) dengan :

ρd = berat isi kering (gram/cm3) ρt = berat isi basah (gram/cm3)

m1 = berat cetakan uji tumbuk manual (gram)

m2 = berat tanah dengan cetakannya (gram)

V = volume cetakan (cm3) w = kadar air tanah (%)

Jumlah energi yang diberikan saat melakukan pemadatan bahan tanah dihitung dengan persamaan :

CE =

L WxHxNxLxg

...(22) dengan :

CE = jumlah energi pemadatan (kJ/m3) W = berat rammer (kg)

H = tinggi jatuhan rammer (m)

N = jumlah tumbukan pada setiap lapisan L = jumlah lapisan

V = volume cetakan (m3) g = gravitasi (m/dtk2)

Spesifikasi uji tumbuk manual seperti pada Tabel 7, sedangkan alat uji tumbuk manual pada Gambar 12.

Tabel 5. Spesifikasi uji tumbuk manual

Elemen Satuan Nilai

Berat Rammer kg 2.144

Tinggi jatuh m 0.2

Cetakan

panjang m 0.3

lebar m 0.4

tinggi m 0.075

Gambar 12. a) Kotak tumbuk manual b) rammer

6. Pembuatan Model Tanggul

Ukuran model yang akan dibuat sesuai dengan standar DPU (1986) dengan menggunakan skala 1 : 12 dari ukuran yang umum dilapangan. Sedangakan kemiringan lereng dibuat 1 : 3 yaitu berdasarkan jenis tanahnya. Drainase pada model tanggul terbuat dari pasir dan kerikil yang bergradasi baik. Lebar saluran drainase yang akan digunakan pada model tanggul yaitu 25 cm. Bahan yang digunakan sebagai filter adalah caphiphon drain belt. Filter diletakkan horizontal di bagian bawah model tanggul, dan panjangnya setengah dari tubuh tanggul.

Gambar 13. Tahapan pembuatan tanggul : a) penyemprotan tanah yang akan dibuat tanggul b) pemadatan tanah c) tanggul setelah dilakukan pemadatan d) tanggul yang sudah jadi.

Tabel 6. Dimensi tanggul

Dimensi Ukuran Lapang (cm) Model

(cm)

H (tinggi muka air), cm 150 12.5

Hf (tinggi jagaan), cm 60 5

Hd (tinggi tanggul), cm 210 17.5

b (lebar puncak atas), cm 150 12.5

L (lebar bagian bawah

tanggul), cm 1680 140

Hp (tinggi muka air dari

dasar tanggul), cm 180 15

Kemiringan 1/3 1/3

a)

d) c)

b

1 3

15.0 cm 52.5 cm 12.5 cm 60.0 cm

L = 140.0 cm H

12.5 cm Hf 5 cm

Hp 15 cm Hd 17.5 cm

Gambar 14. Model tanggul dengan saluran drainase horizontal

7. Pengaliran Air pada Kotak Model

Setelah model tanggul terbentuk, proses selanjutnya yaitu pengaliran air pada model tanggul. Air dialirkan melalui inlet dengan debit tertentu, kemudian lakukan pengamatan pola penyebaran aliran dengan selang waktu tertentu sampai didapatkan debit outlet yang konstan, kemudian catat waktunya dan ukur panjang zona basah. Kelebihan air akan diatasi dengan adanya spillway.

8. Pengamatan

Pengamatan-pengamatan yang dilakukan antara lain :

Š Pengambilan foto rembesan air

Untuk mengetahui pola rembesan yang terjadi pada tubuh tanggul maka dilakukan setiap 3 menit, pola rembesan air di foto.

Š Pengukuran debit

Debit yang diukur sebelum pengaliran air (debit inlet) dan setelah pengaliran air adalah debit saluran pelimpah (spillway) dan debit keluaran (outlet). Pengukuran debit pada inlet dilakukan 3 ulangan, sedangkan pada outlet dilakukan sampai debit outlet konstan.

9. Pembongkaran Model Tanggul

Pembongkaran model tanggul dilakukan setelah pengamatan pola rembesan dan besarnya debit rembesan. Setelah pengamatan, model tanggul dibiarkan selama beberapa waktu agar sisa pada pengaliran keluar melalui outlet. Tanah pada model tanggul diambil sebagian untuk sampel tanah yang selanjutnya akan dilakukan pengujian permeabilitas dan kuat geser tanah.

10. Pengukuran Permeabilitas Tanah pada Model Tanggul

Setelah selesai pengamatan tahapan selanjutnya yaitu pengujian permeabilitas menggunakan metode falling head dengan contoh tanah diambil dari model tanggul di bagian hilir. Pengujian permeabilitas dilakukan untuk mendapatkan dat nilai koefisien permeabilitas yang akan dipakai sebagai input untuk analisis SEEP/W. Untuk mendapatkan koefisien permeabilitas tanah digunakan persamaan 18.

11.Analisis Debit Rembesan

Metode yang digunakan dalam penentuan debit rembesan yaitu : a. Pengukuran debit secara langsung (Qinlet dan Qoutlet)

b. Rumus empiris (cara casagrande, cara grafik, dan cara Bowles) c. Analisis program Seep/w.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. SIFAT FISIK TANAH

Bahan yang digunakan untuk membuat model tanggul adalah tanah jenis Latosol. Tanah diambil dari lapangan percobaan Leuwikopo, Darmaga Bogor. Tanah yang digunakan untuk model tanggul tersebut yaitu tanah pada kedalaman 20-40 cm. Ukuran partikel tanah yang digunakan pada penelitian ini adalah tanah yang lolos saringan 1 mm. Berdasarkan penelitian sebelumnya yaitu Herlina (2003) telah meneliti sifat fisik dan mekanik tanah Latosol tersebut. Sifat fisik dan mekanik tanah Latosol baik hasil dari penelitian Herlina maupun penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 7berikut :

Tabel7.Sifat-sifat fisik tanah Latosol, Darmaga – Bogor.

Sifat fisik

Herlina (2003)

Erly, dkk (2007) Nilai

Berat isi kering (g/cm3) 1.30 1.26

Kadar air optimum (%) 33.50 33.02

Fraksi

Liat (%) 62.13 27.49

Debu (%) 12.94 40.24

Pasir (%) 24.93 32.27

Batas cair (%) 61.42 61.25

Batas Plastis (%) 41.36 40.56

Indeks plastisitas (%) 20.06 20.69

Berat jenis tanah (%) 2.64 2.65

Permeabilitas (cm/detik) 4.28 x 10-6 3.25 x 10-4

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai dari sifat-sifat fisik tanah Latosol tidak berbeda jauh. Hal ini dikarenakan jenis tanah yang diambil sebagai sampel merupakan tanah dari tempat yang sama. Dari kedua penelitian tersebut, persentase fraksi tanah, berat isi kering dan permeabilitas mempunyai nilai yang berbeda. Persentase fraksi tanah pada penelitian ini

lebih banyak mengandung debu (40.24%), sedangkan penelitian sebelumnya tanah lebih banyak mengandung liat (61.42%).

Tanah Latosol dapat diklasifikasikan berdasarkan sistem klasifikasi tanah Unified dan klasifisasi Segitiga tekstur tanah. Sistem klasifikasi Unified didasarkan dari hasil analisis konsistensi tanah yaitu menggunakan batas cair dan batas plastis. Hasil analisis menunjukkan bahwa tanah Latosol dengan ukuran partikel yang lolos saringan 1 mm memiliki nilai batas cair (LL) 61.25 %, dan indeks plastisitas (PI) 20.69 %. Nilai-nilai batas cair dan indeks plastisitas diplotkan ke dalam grafik klasifikasi tanah pada Gambar 17, dan didapatkan hasil tanah Latosol berada di bawah garis A, pada daerah MH. Daerah MH menunjukkan bahwa klasifikasi tanah tersebut adalah lanau anorganik plastisitas tinggi (Craig, 1987). Klasifikasi menurut segitiga tekstur sistem USDA didasarkan pada fraksi liat, debu dan pasir. Hasil analisis menunjukkan tanah latosol yang lolos saringan 1 mm pada tergolong dalam kelas lempung, dapat dilihat pada Gambar 18. Pada penelitian Herlina (2003) tanah Latosol tergolong ke dalam tanah liat.

Gambar 17. Klasifikasi tanah latosol berdasarkan sistem Unified

Diagram plastisitas:

Untuk mengidentifikasi kadar butiran halus yang terkandung dalam tanah berbutir halus dan tanah berbutir kasar. Batas

Atterberg yang termasuk dalam daerah yang diarsir berarti batasan klasifikasinya menggunakan dua simbol.

CL-ML

ML _atau OL

MH atau OH

CH

LH

70 80 90 10 10 20 40 30 60 50

Batas Cair LL (%) Garis A: PI = 0,73 (LL-20)

In de ks P la st is ita s PI ( % )

Garis A

7 4 60 50 40 30 20 10

Gambar 18. Klasifikasi tanah Latosol berdasarkan sistem USDA Keterangan : contoh tanah

Menurut Craig (1987) koefisien permeabilitas tergantung pada ukuran rata-rata pori yang dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel, bentuk partikel dan struktur tanah. Makin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori dan makin rendah koefisien permeabilitasnya. Nilai permeabilitas untuk tanah Latosol yang lolos saringan 1 mm sebesar 3.25 x 10-4 cm/det, sedangkan Herlina (2003) dengan ukuran partikel tanah yang lolos saringan 4760 μm nilai permeabilitasnya sebesar 4.28 x 10-6 cm/det. Hasil yang didapat tidak sesuai dengan teori, karena pada kenyataannya ukuran partikel yang semakin kecil menghasilkan nilai permeabilitas yang besar. Hal ini bisa dikarenakan ukuran partikel yang lolos saringan 1 mm memiliki kandungan pasir lebih besar (32.27%) dibanding dengan tanah yang lolos saringan 4760 μm (24.93%) sehingga memiliki kemampuan untuk meloloskan air lebih besar.

Uji konsistensi jenis tanah Latosol dilakukan dua kali percobaan yaitu dengan menggunakan ukuran partikel tanah yang lolos saringan 0.42 mm dan partikel tanah yang lolos saringan 1 mm. Hasil uji konsistensi dari kedua percobaan tersebut menunjukkan adanya perbedaan nilai pada batas cair (Tabel 8). Nilai batas cair untuk contoh tanah yang lolos saringan 0.42 mm adalah 57.05 %, sedangkan untuk contoh tanah yang lolos saringan 1 mm

13. Verifity sort data

a. Pilih menu Tools, lalu klik Verify, selanjutnya akan tampak kotak dialog seperti di bawah ini :

b. Klik Verify/Sort, hasil dari penggambaran tanggul harus menghasilkan 0 error, jika masih ada yang error berarti harus diulang dalam penggambarannya

c. Jika telah 0 error, klik done

14.Solving the Problem

a. Pilih menu Tools, lalu klik Solve, selanjutnya akan muncul kotak dialog seperti di bawah ini :

Lampiran 9. Lanjutan

15.Contour

Pilih menu Tools, lalu klik contour maka akan muncul garis freatik dan nilai flux section seperti di bawah ini :

Flux Section

Garis Freatik

1 (1.2250 , 0.0625)

2 (1.4000 , 0.0000)

Flux Section

Garis Freatik

1 (1.2250 , 0.0625)

2 (1.4000 , 0.0000)

4

.495

0e-00

8

Jarak (m)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

K

e

da

la

m

a

n (

m

) (x

0.

0

0

1

)

-50 0 50 100 150 200

Lampiran 9. Lanjutan

16.Contour

Pilih menu Tools, lalu klik contour maka akan muncul garis freatik dan nilai flux section seperti di bawah ini :

Flux Section

Garis Freatik

5

.081

5e-00

8

Jarak (m)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

K

ed

al

am

a

n (

m

) (

x 0.

0

01)

-50 0 50 100 150 200

outlet

model tanggul tanpa saluran drainase (ulangan 2)

a. Cara A. Casagrande

Berdasarkan Gambar 4 :

k = 3.24 x 10-4 cm/det

H = 15 cm

AD = 37.5 cm 0.3 (AD) =11.25 cm α = 18.4o

(

2 2

) (

2 2 2

α

)

ctg H d H

d

a= + − −

(

) (

o

)

ctg 18.4 15 75 . 98 15 75 .

98 2 + 2 − 2− 2 2

=

(

9751.56 (225(1/ 18.4 ) )

)

56 .

9976 − − tg o 2

=

(

_{9751.56 225(3.01)}2

)

56 .

9976 − −

= 82 . 87 88 . 99 − = 06 . 12

= cm

q = ka sin2α

= 3.24 x 10-4 *12.06 * sin2 18.4o = 3.89 x 10-4 cm3/det

= 3.89 x 10-10 m3/det

b. Cara Gafik (Taylor, 1948)

Berdasarkan Gambar 5 :

k = 3.24 x 10-4 cm/det

H = 15 cm α = 18.4o

d/h = 98.75 / 15 = 6.58 cm

Dari grafik hubungan α dan d/h pada gambar 5 diperoleh nilai m = 0.26, maka:

a =

α sin

Lampiran 10. Lanjutan

a = _o

4 . 18 sin 15 * 26 . 0

= 12.36 cm

q = kasin2α

= 3.24 x 10-4*12.36 * sin2 18.4o = 3.99 x 10-4 cm/det

=3.99 x 10-10 m/det

c. Cara Bowles (β≤ 30o)

Berdasarkan Gambar 6 :

k = 3.24 x 10-4 cm/det

H = 15 cm

S = 45 cm

0.3 S = 15 cm

d = 93.5 cm = 18.4o

a = _⎟⎟

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − β β β 2 2 2 2 sin cos cos H d d = _⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −

− _{o o}

o _{sin 18.4}

15 4 . 18 cos 5 . 93 4 . 18 cos 5 . 93 2 2 2 2

= 98.54− 9709.66−2258.26 = 98.54 – 86.32

= 12.22 cm

q =k a sinβ tanβ

= 3.24 x 10-4 * 12.22 sin18.4o tan 18.4o = 4.16 x 10-4 cm3/det