KOEFISIEN PERMEABILITAS (k) FALLING HEAD DAN OEDOMETER PADA TANAH KOHESIF DI WATES DIY

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil 1 Batam, September 018 KOEFISIEN PERMEABILITAS (k) FALLING HEAD DAN OEDOMETER PADA TANAH KOHESIF DI WATES DIY Sumiyati Gunawan 1, Agatha Padma Laksitaningtyas dan Elia Yosafat Olla3 1 Fakultas Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Yogyakarta, Jl. Babarsari 44Yogyakarta sumiyatig@yahoo.co.id Fakultas Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Yogyakarta, Jl. Babarsari 44Yogyakarta padma_agatha@yahoo.co.id 3 Fakultas Teknik Sipil, Universitas Atma Jaya Yogyakarta, Jl. Babarsari 44Yogyakarta eliayosafat.eyo@gmail.com ABSTRAK Tanah lempung adalah jenis tanah yang memiliki ruang pori kecil dan memiliki lekatan, sehingga jika dibebani, penurunan besar dengan jangka waktu yang lama. Hal ini juga disebabkan karena tanah lempung memiliki nilai koefisien permeabilitas (k) kecil, sehingga air membutuhkan waktu lama untuk keluar dari rongga antar partikel tanah. Besarnya koefisien permeabilitas tergantung pada ukuran pori rerata yang dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran partikel serta struktur tanahnya. Beberapa peneliti telah banyak membahas dan memberikan nilai kisaran koefisien permeabilitas (k) tanah lempung secara empirik yaitu sekitar 10-3 cm/detik hingga 10-9 cm/detik, namun kenyataannya, hasil tersebut bukanlah suatu hal yang mutlak. Nilai (k) sendiri memiliki hasil yang berbeda-beda dengan beberapa pengujian. Koefisien permeabilitas tanah (k) digunakan untuk mengetahui besarnya rembesan pada permasalahan bendungan, saluran irigasi, tanggul tanah, sumur resapan dan lainnya. Dengan mengkomparasi nilai koefisien permeabilitas antara sample tanah asli dari lapangan dengan nilai kisaran yang diberikan literatur, maka diharapkan hasilnya dapat digunakan untuk memprediksi nilai awal koefisien permeabilitas. Penelitian ini dilakukan untuk membandingan nilai koefisien permeabilitas (k) falling head test dan hasil uji konsolidasi. Sample diambil dari daerah Wates sebanyak 5 titik, kedalaman sekitar -1,00m dan sekitar -,50m (10 titik). Masing masing diuji Oedometer dan Falling Head. Hasil penelitian BH1(yang lain menyusul), koefisien permeabilitas hasil uji falling head antara 5, cm/dt s/d cm/dt dan hasil uji konsolidasi antara 1, cm/dt s/d 3, cm/dt. Nilai keduanya antara 10-8 cm/dt sd 10-7 cm/dt sehingga lebih sesuai dengan nilai k yang diberikan oleh Bowles (1991), Perlof & Baron (1976) dan Casagrande (1938). Kata kunci : Falling Head, Oedometer, Koefisien Permeabilitas 1. PENDAHULUAN Latar belakang Tanah lempung adalah jenis tanah yang memiliki ruang pori kecil dan didalamnya memiliki lekatan, sehingga jika dibebani, penurunan besar dengan jangka waktu yang lama. Hal ini juga disebabkan karena tanah lempung memiliki nilai koefisien permeabilitas (k) kecil, sehingga air membutuhkan waktu yang lama untuk keluar dari rongga antar partikel tanah. Besarnya koefisien permeabilitas tergantung pada ukuran pori rata-rata yang dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran partikel serta struktur tanahnya. Semakin kecil ukuran partikel tanah maka semakin kecil juga pori sehingga menyebabkan semakin kecil pula angka koefisien permeabilitasnya. Beberapa peneliti telah banyak membahas dan memberikan nilai kisaran koefisien permeabilitas (k) tanah lempung secara empirik yaitu sekitar 10-3 cm/detik hingga 10-9 cm/detik, namun kenyataannya, hasil tersebut bukanlah suatu hal yang mutlak. Nilai (k) sendiri memiliki hasil yang berbeda-beda dengan beberapa pengujian. Koefisien permeabilitas tanah (k) digunakan untuk mengetahui besarnya rembesan pada permasalahan bendungan, saluran irigasi, tanggul tanah, sumur resapan dan lainnya. Dengan mengkomparasi nilai koefisien permeabilitas antara sample tanah asli dari lapangan dengan nilai kisaran yang diberikan literatur, maka diharapkan hasilnya dapat digunakan untuk memprediksi nilai awal koefisien permeabilitas. Oleh karena itu diperlukan perbandingan pengujian untuk menentukan nilai koefisien permeabilitas tanah lempung sehingga dapat dilihat rasio antara hasil pengujian koefisien permeabilitas dengan falling head dan dari uji konsolidasi / oedometer. ISBN: GT - 15

2 GT - 16 Pada penelitian ini akan dilakukan perbandingan hasil nilai koefisien permeabilitas (k) pada percobaan falling head test dengan nilai koefisien permeabilitas tanah yang diperoleh dari percobaan uji konsolidasi / Oedometer. Tujuan dan manfaat penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Memberi alternatif pengujian nilai koefisien permeabilitas selain dengan falling head test.. Mengetahui besarnya rasio perbandingan (r) koefisien permeabilitas (k) tanah lempung di Wates dengan pengujian laboratorium falling head test dan uji konsolidasi 3. Dari hasil rasio pada nomer 1 di daerah Wates Yogyakarta. Diharapkan akan memudahkan para perencana dan praktisi dalam memanfaatkan data ratio nilai koefisien (k) tanah Bantul dalam rancang bangun struktur pondasi khususnya di Bantul DIY. 4. Dengan dilakukannya penelitian ini, diharapkan dapat diketahui besarnya perbandingan nilai koefisien permeabilitas (k) tanah lempung di bantul yang didapat dengan menggunakan uji laboratorium falling head test dan uji konsolidasi, sehingga hasilnya dapat digunakan untuk memprediksikan nilai koefisien permeabilitas tanah (k) dari hasil konsolidasi (yang biasanya, hasil konsolidasi membutuhkan waktu yang lama).. TINJAUAN PUSTAKA Jamulya dan Suratman Woro Suprodjo (1983), mengemukakan bahwa permeabilitas adalah cepat lambatnya air merembes ke dalam tanah baik melalui pori makro maupun pori mikro baik ke arah horizontal maupun vertikal. Tanah adalah kumpulan partikel padat dengan rongga yang saling berhubungan. Rongga ini memungkinkan air dapat mengalir di dalam partikel melalui rongga dari satu titik yang lebih tinggi ke titik yang lebih rendah. Sifat tanah yang memungkinkan air melewatinya pada berbagai laju alir tertentu disebut permeabilitas tanah. Sifat ini berasal dari sifat alami granular tanah, meskipun dapat dipengaruhi oleh faktor lain (seperti air terikat di tanah liat). Jadi, tanah yang berbeda akan memiliki permeabilitas yang berbeda. Koefisien permeabilitas terutama tergantung pada ukuran rata-rata pori yang dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel, bentuk partikel dan struktur tanah. Secara garis besar, makin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori dan makin rendah koefisien permeabilitasnya. Berarti suatu lapisan tanah berbutir kasar yang mengandung butiran-butiran halus memiliki harga k yang lebih rendah dan pada tanah ini koefisien permeabilitas merupakan fungsi angka pori. Kalau tanahnya berlapis-lapis permeabilitas untuk aliran sejajar lebih besar dari pada permeabilitas untuk aliran tegak lurus. Lapisan permeabilitas lempung yang bercelah lebih besar dari pada lempung yang tidak bercelah (unfissured). Hukum Darcy juga menunjukkan bahwa permeabilitas tanah ditentukan oleh koefisien permeabilitasnya. Koefisein permeabilitas tanah bergantung pada berbagai faktor. Setidaknya, ada enam faktor utama yang memengaruhi permeabilitas tanah, yaitu: 1. Viskositas cairan, semakin tinggi viskositasnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin kecil.. Distribusi ukuran pori, semakin merata distribusi ukuran porinya, koefesien permeabilitasnya cenderung semakin kecil. 3. Distibusi ukuran butiran, semakin merata distribusi ukuran butirannya, koefesien permeabilitasnya cenderung semakin kecil. 4. Rasio kekosongan (void), semakin besar rasio kekosongannya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin besar. 5. Kekasaran partikel mineral, semakin kasar partikel mineralnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi. 6. Derajat kejenuhan tanah, semakin jenuh tanahnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi. Koefisien permeabilitas secara empirik telah banyak diusulkan oleh beberapa pakar antara lain seperti diuraikan pada Tabel 1. : Tabel 1. Nilai k beberapa peneliti Peneliti Karakteristik Nilai k (cm/dt) Bowles (1991) Lanau Kelempungan Das (1995) Lanau Lempung Perlof & Baron (1976) Drainase Buruk Casagrande (1938) Drainase Buruk ISBN:

3 GT - 17 Noegroho Djarwanti (Januari 008) di Media Teknik Sipil dengan tulisannya yang berjudul Komparasi Koefisien Permeabilitas (k) Pada Tanah Kohesif menyatakan bahwa Tanah adalah struktur granul yang membentuk pori-pori yang saling terkait. Kemampuan air untuk menembus media tanah dilambangkan sebagai koefisien permeabilitas (k). Penelitian ini dilakukan dengan uji jatuh kepala dan konsolidasi. Dari tes ini nilai k yang diperoleh dibandingkan dengan beberapa nilai k yang dinyatakan dalam literatur. Nilai k dalam test uji kepala jatuh berkisar dari 1, cm/dt sampai dengan, cm/dt. Nilai dari k tes konsolidasi lebih rendah daripada uji kepala jatuh. Perbedaan nilai k antara uji dan literatur adalah cm/dt sampai cm/dt dan cm/dt ke cm/dt dengan uji kepala jatuh dan konsolidasi. Kedua perbedaan berada di kisaran10-08 cm/dt ke cm/dt.. Harlen Sutandra, dkk (015), Tanah adalah granul struktur yang membentuk pori - pori yang saling berhubungan. Kemampuan air untuk menembus tanah media dilambangkan sebagai koefisien permeabilitas (k). Penelitian ini dilakukan dengan open-end falling-head, falling head dan konsolidasi test. Dari test ini diperoleh k nilai ini dibandingkan dengan beberapa nilai - nilai k yang dinyatakan dalam literatur. Nilai k dalam test berkisar 9, cm/dt - 1, cm/dt. Nilai k permeabilitas lapangan lebih besar dari permeabilitas laboratorium. Perbedaan nilai k antara 8, cm/dt -1, cm/dt dan 9, cm/dt - 1, cm/dt oleh permeabilitas lapangan dan laboratorium, Perbedaan kedua adalah dalam kisaran cm/dt cm/dt. Rasio perbandingan (r) k lapangan k laboratorium antara dan Rasio perbandingan (r) k lapangan k konsolidasi antara LANDASAN TEORI Uji tinggi jatuh (falling head test) (ASTM D ) Uji ini untuk tanah berbutir halus (lempung dan lanau), dimana koefisien permeabilitas dapat dicari dengan persamaan : h dh q k.i.a k..a a (1) L dt al h 1 k,303..log () At h dengan : h = h1-h = beda tinggi sembarang waktu t (m), A = luas potongan melintang benda uji (m ), a = luas pipa pengukur (m ), L = panjang sampel (m) Uji konsolidasi (ASTM D ) Gambar 1. Skema Pengujian Falling Head Test Konsolidasi adalah proses keluarnya air dari rongga pori dari tanah jenuh dengan permeabilitas rendah akibat beban. Koefisien permeabilitas diperoleh dari persamaan konsolidasi yaitu : cv.a v. w k (3) 1 e Untuk 90% konsolidasi, Tv = 0.848, maka dapat diperoleh persamaan koefisien permeabilitas : ISBN:

4 GT ,848.H t Cv (4) t 90 Koefisien pemampatan (av) adalah koefisien yang menyatakan kemiringan kurva e p, jika volume awal V1 mampat menjadi V, maka terjadi pengurangan angka pori, perubahan volume menjadi : V V 1 V 1 (1 e1) (1 e 1e 1 ) e1 e 1 e 1 (5) dengan : e1 = angka pori pada tegangan p1, e = angka pori pada tegangan p, V1 = volume pada tegangan p1, V = volume pada tegangan p a v e p (6) dengan : e = perubahan angka pori, p = tekanan tambahan 4. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini bersifat studi laboratorium yang akan menentukan dan membandingkan nilai koefisien permeabilitas (k) pada tanah lempung di Wates. Eksperimen fisik di laboratorium meliputi beberapa tahapan, yaitu : 1. Persiapan alat dan sampel tanah.. Pengujian sifat fisik tanah di laboratorium. 3. Pelaksanaan falling head test dan uji konsolidasi. 4. Analisa data untuk mendapatkan hasil perbandingan atau nilai rasio (r) perbandingan antara kedua uji laboratorium tersebut. Persiapan alat dan sampel tanah Persiapan alat pengujian di laboratorium dilakukan sebelum pengujian dilakukan untuk menunjang kelancaran jalannya penelitian di laboratorium perlu adanya alat sebagai berikut. Peralatan untuk uji di laboratorium. 1. Kadar air. Berat jenis 3. Analisis saringan 4. Falling head test 5. Konsolidasi Persiapan sampel tanah. Tanah yang digunakan adalah tanah lempung yang diambil di Bantul Yogyakarta dan diambil pada kedalaman ±1,5 meter dari muka tanah. Persiapan tanah dilakukan dengan mengemas tanah sebanyak 0 sampel pada wadah yang berukuran sama dengan ukuran sampel pada falling head permeameter. Pengujian sifat fisik tanah di laboratorium Pengujian sifat fisik tanah dimaksudkan untuk mengetahui sifat-sifat fisik tanah lempung dan kemudian disajikan dalam bentuk data baik grafik maupun tabulasi. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui data-data tanah seperti berat jenis tanah, kadar air tanah, dan distribusi ukuran butir tanah. Pengujian sifat fisik ini juga untuk menentukan klasifikasi tanah, apakah benar tanah sample yang diambil merupakan tanah lempung atau masuk dalam klasifikasi tanah yang lainnya. Pelaksanaan falling head test dan uji konsolidasi Setelah dilakukannya pengujian terhadap sifat fisik tanah kemudian dilanjutkan dengan pengujian untuk menentukan nilai koefisien permeabilitas tanah dengan falling head test berjumlah 0 sampel tanah lempung yang kemudian datanya disajikan dalam bentuk tabulasi. Setelah uji nilai koefisien permeabilitas dengan falling head test, dilanjutkan dengan uji konsolidasi tanah dan akan dicari koefisien permeabilitas tanah dengan rumus yang telah disajikan. Hasil dari kedua uji tersebut akan disajikan dalam grafik hubungan nilai k. ISBN:

5 GT - 19 Setelah dilakukan analisa data dan menemukan nilai k dengan kedua pengujian tersebut selanjutnya akan dihitung rasio (r) perbandingan nilai koefisien permeabilitas tanah. Rasio yang didapat kemuadian akan disajikan dalam bentuk tabulasi. 5. ANALISA DAN PEMBAHASAN Data teknis tanah Sampel tanah yang diambil di daerah Wates, Daerah Istimewa Yogyakarta, kemudian diuji parameternya di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik UAJY. Hasil pengujian parameter tanah asli adalah sebagai berikut: Berat jenis (G) =,66,68 Kadar air = 30% 50% Berat volume basah (γb) = 1,71 gr/cm 3 Berat volume kering (γk) = 1,34 gr/cm 3 Liquid limit (LL) = 65 % Plastis limit (PL) = 3,51 % Plastis indeks (PI) = 41,49 % Hasil tes konsolidasi Hasil konsolidasi disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara penurunan (mm) dan Waktu (menit). Pengujian konsolidasi BH1A(-1,0m) Tabel. Falling-Head Permeability Test BH1A (-1,0m) Sampel BH 1 (-1m) A Percobaan 1 Waktu Mulai t0 00:00:00:00 00:00:00:00 Waktu Selesai t1 05:9:46:66 05::36:16 Selisih Waktu (detik) Δt Ketinggian Awal h0 4 4 Ketinggian Akhir hf 1 1 ho log hf Koefisien Permeabilitas cm/dt: al h1 k,303 log K E E-07 AT h Koefisien Permeabilitas rerata cm/dt : 9.407E-07 Dengan Diameter Pipa Penguji (a) = 1.05, Diameter Sampel (D) = 4.40, Luas Sampel (cm²) (A) = 15.4, Tinggi Benda Uji (L) =.00, Volume Benda Uji (V) = Gambar. Hubungan penurunan dan akar waktu BH1A(-1,0m) ISBN:

6 GT - 0 Tebal Tabel 3. Hasil Perhitungan Koefisien Permeabilitas Oedometer BH1a(-1,0m) Tebal Akhir Tebal Rata-Rata Koefisien Permeability ΔH Δe=ΔH/H s ei=e n-1 -Δe H=H0-ΔH d = H/ cm /dt cm/detik t90 (menit) t90 (detik) av cm /kg mv cm /kg E E E Pengujian konsolidasi BH1B(-1,0m) Cv d t Tabel 4. Falling-Head Permeability Test BH1B (-1,0m) E-08 Rerata Rerata Rerata E-07 Sampel BH 1 (-1m) B Percobaan 1 Waktu Mulai t0 00:00:00:00 00:00:00:00 Waktu Selesai t1 04:4:11:45 04:37:4:75 Selisih Waktu (detik) Δt Ketinggian Awal h0 4 4 Ketinggian Akhir hf 1 1 ho log hf Koefisien Permeabilitas cm/dt: al h1 k,303 log K E E-06 AT h Koefisien Permeabilitas rerata cm/dt : E-06 Dengan Diameter Pipa Penguji (a) = 1.05, Diameter Sampel (D) = 4.40, Luas Sampel (cm²) (A) = 15.4, Tinggi Benda Uji (L) =.00, Volume Benda Uji (V) = Gambar 3. Hubungan penurunan dan akar waktu BH1B(-1,0m) ISBN:

7 GT - 1 Tabel 5. Hasil Perhitungan Koefisien Permeabilitas Oedometer BH1B(-1,0m) Tebal Rata- Pembacaan Tebal Akhir Koefisien Beban Tebal Rata t90 t d av mv Terakhir C Permeability (kg/cm ) (menit) (detik) v t90 cm /kg cm /kg ΔH Δe=ΔH/H s ei=e n-1 -Δe H=H0-ΔH d = H/ cm /dt cm/detik E E E Pengujian Konsolidasi BH1A(-,5,0m) Tabel 6. Falling-Head Permeability Test BH1A (-,5,0m) E-08 Rerata Rerata Rerata 1.98E-07 Sampel BH 1 (-,5,0m) A Percobaan 1 Waktu Mulai t0 00:00:00:00 00:00:00:00 Waktu Selesai t1 04:35:31:58 04:31:54:73 Selisih Waktu (detik) Δt Ketinggian Awal h0 4 4 Ketinggian Akhir hf 1 1 ho log hf Koefisien Permeabilitas cm/dt: al h1 k,303 log K 1.11E E-06 AT h Koefisien Permeabilitas rerata cm/dt : 1.1E-06 Gambar 4. Hubungan penurunan dan akar waktu BH1A(-,5,0m) ISBN:

8 GT - Tabel 7. Hasil Perhitungan Koefisien Permeabilitas Oedometer BH1A (-,5,0m) Tebal Rata- Pembacaan Tebal Akhir Koefisien Beban Tebal Rata t90 t90 av mv Terakhir Permeability (kg/cm ) (menit) (detik) 0.848d Cv cm /kg cm /kg ΔH Δe=ΔH/H s ei=e n-1 -Δe H=H0-ΔH d = H/ cm t90 /dt cm/detik E E Pengujian Konsolidasi BH1B(-,5,0m) Tabel 8. Falling-Head Permeability Test BH1B (-,5,0m) E E-08 Rerata Rerata Rerata E-07 Sampel BH 1 (-,5,0m) B Percobaan 1 Waktu Mulai t0 00:00:00:00 00:00:00:00 Waktu Selesai t1 04:7:44:36 04:9:17:6 Selisih Waktu (detik) Δt Ketinggian Awal h0 4 4 Ketinggian Akhir hf 1 1 ho log hf Koefisien Permeabilitas cm/dt: al h1 k,303 log K 1.146E E-06 AT h Koefisien Permeabilitas rerata cm/dt : E-06 Gambar 5. Hubungan penurunan dan akar waktu BH 1 (-,5,0m) B ISBN:

9 GT - 3 Tabel 8. Hasil Perhitungan Koefisien Permeabilitas Oedometer BH 1 (-,5,0m) B Tebal Rata- Pembacaan Tebal Akhir Koefisien Beban Tebal Rata t90 t90 av mv Permeability (kg/cm Terakhir ) (menit) (detik) 0.848d Cv cm /kg ΔH Δe=ΔH/H s ei=e n-1-δe H=H0-ΔH d = H/ cm t cm /kg 90 /dt cm/detik E E E E-08 Rerata Rerata Rerata E ANALISA HASIL PENELITIAN Dari hasil perhitungan koefisien permeabilitas dan koefisien perubahan volume diperoleh hasil sebagai berikut : Gambar 6. Hubungan Koefisien Permeabilitas dari oedometer dan falling head test Gambar 7. Hubungan Koef. Permeabilitas falling head test dan koef.perubahan volume Dari grafik di atas, terlihat bahwa hasil sample BH1 adalah sebagai berikut : nilai k(falling head) = 4,7631 K(oedometer) dan k(falling head) = koef. volume. ISBN:

10 GT KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan untuk BH1, dapat disimpulkan bahwa : 1. Nilai koefisien permeabilitas uji falling head test antara 5, cm/dt s/d cm/dt.. Nilai koefisien permeabilitas uji konsolidasi antara 1, cm/dt s/d 3, cm/dt. 3. Nilai keduanya dalam range antara 10-8 cm/dt sd 10-7 cm/dt sehingga lebih sesuai dengan nilai k yang diberikan oleh Bowles (1991), Perlof & Baron (1976) dan Casagrande (1938). 4. Nilai koefisien permeabilitas uji falling head test lebih besar dibandingkan hasil uji consolidation yaitu 4,7631 kalinya. 5. Nilai k(falling head) = xkoef. volume. DAFTAR PUSTAKA Jamulya dan Suratman Woro Suprodjo Pengantar Geografi Tanah. Diktat Kuliah. Yogyakarta: Fakultas Geografi UGM Harlen Sutandra, dkk (015). Studi Perbandingan Nilai Koefisien Permeabilitas (hydraulic conductivity) (k) yang diperoleh dari percobaan lapangan dan laboratori. Tersedia: Noegroho Djarwanti (008), Komparasi Koefisien Permeabilitas (k) Pada Tanah Kohesif. Tersedia: Bowles, Joseph E. Johan K.Helnim.(1991). Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah (Mekanika tanah). PT. Erlangga. Jakarta. Das, Braja M Mekanika Tanah 1. Erlangga. Jakarta William H. Perloff, William Baron (1976). Soil mechanics : principles and applications.. Ronald Press Co., Original from, University of Minnesota. Digitized, Jan 0, 010 Casagrande (1938), Foundation Engineering Handbook. edited by Hsai Yang Fang nd ed. Springer Science+Business Media, LLC ISBN: