IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Sifat Fisik Tanah Pada penelitian ini, bahan utama yang digunakan dalam pembuatan model tanggul adalah tanah jenis Gleisol yang berasal dari Kebon Duren, Depok, Jawa Barat. Tanah yang digunakan untuk model tanggul tersebut yaitu tanah pada kedalaman cm dan ukuran partikel tanah yang digunakan adalah tanah yang lolos saringan 4760 µm. Hasil penelitian sifat fisik tanah Gleisol tersebut seperti tertera pada Tabel 6, sedangkan hasil perhitungan sifat fisik tanah Gleisol ini selengkapnya tertera pada Lampiran 3. Tabel 6. Sifat-sifat fisik tanah Gleisol Karakteristik Satuan Nilai Berat isi kering g/cm Liat % Fraksi Debu % Pasir % Berat jenis tanah 2.69 Permeabilitas cm/jam 1.94 Porositas (n) (%) Angka pori (e) 1.66 Potensial air tanah (pf) 2.59 Berdasarkan Tabel 6, tanah Gleisol tersebut dapat diklasifikasikan menurut klasifikasi segitiga tekstur sistem USDA. Klasifikasi menurut segitiga tekstur sistem USDA didasarkan pada fraksi liat, debu dan pasir. Hasil penelitian menunjukkan tanah Gleisol tergolong dalam kelas liat seperti terlihat pada Gambar 16. Hal ini disebabkan karena tanah Gleisol tersebut komposisi liatnya lebih besar dibandingkan dengan debu dan pasir. 34

2 Contoh tanah Gambar 16. Klasifikasi tanah Gleisol berdasarkan sistem USDA Sifat-sifat fisik tanah tersebut dapat mempengaruhi pola penyebaran aliran dan besarnya air yang mengalir dalam tanah. Besarnya nilai koefisien permeabilitas sangat dipengaruhi oleh angka pori (e) dan porositas (n) (Pratita, 2007). Semakin besar angka pori dan porositas suatu tanah maka tanah tersebut semakin mudah untuk meloloskan air. Nilai-nilai sifat fisik tanah Gleisol ini bila dibandingkan dengan tanah Latosol hasil penelitian Herlina (2003) seperti tertera pada Tabel 7, secara umum memiliki karakteristik yang hampir sama satu dengan yang lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa tanah Gleisol dan Latosol berada pada satu golongan kelas yang sama. Tabel 7. Sifat fisik tanah Latosol Karakteristik Satuan Nilai Berat isi kering g/cm Liat % Fraksi Debu % Pasir % Berat jenis tanah 2.64 Permeabilitas cm/jam Porositas (n) (%) Angka pori (e) 1.55 Sumber : Herlina (2003) 35

3 B. Sifat Mekanik Tanah a. Hasil Uji Konsistensi Tanah Uji konsistensi tanah Gleisol menggunakan ukuran partikel tanah yang lolos saringan 4760 µm. Uji konsistensi tanah ini dinyatakan dengan batas cair dan plastis (batas Atterberg). Hasil uji konsistensi tanah Gleisol tertera pada Tabel 8, sedangkan hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 3.e. Tabel 8. Hasil uji konsistensi tanah Gleisol Konsistensi tanah Nilai Batas cair (%) Batas plastis (%) Indeks plastisitas (%) Berdasarkan Tabel 8, tanah Gleisol tersebut dapat diklasifikasikan menurut sistem klasifikasi Unified. Sistem klasifikasi Unified didasarkan dari hasil analisis konsistensi tanah yaitu menggunakan batas cair dan batas plastis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah Gleisol tersebut memiliki nilai batas cair (LL) adalah sebesar % dan batas plastis (PL) sebesar %. Sedangkan nilai indeks plastisitas (PI) yang merupakan selisih dari batas cair dan batas plastis adalah sebesar %. Nilai-nilai batas cair dan indeks plastisitas tersebut diplotkan ke dalam grafik klasifikasi tanah pada Gambar 17. Hasil dari plot tersebut didapatkan bahwa tanah Gleisol berada pada daerah MH yaitu lanau anorganik plastisitas tinggi (Craig, 1987). Pada penelitian sebelumnya untuk jenis tanah Latosol (Herlina, 2003) diperoleh batas cair sebesar 61.42%, batas plastis sebesar 41.36%, dan indeks plastisitas sebesar 20.06%. Hal ini dapat terlihat bahwa tanah Gleisol mempunyai karakteristik yang hampir sama dengan tanah Latosol, dimana berdasarkan klasifikasi tanah berdasarkan Sistem klasifikasi Unified, baik tanah Gleisol maupun tanah Latosol termasuk ke dalam golongan kelas liat. 36

4 Contoh tanah Gambar 17. Klasifikasi tanah Gleisol berdasarkan sistem Unified b. Hasil Uji Pemadatan Uji pemadatan tanah dilakukan dengan uji pemadatan standar (uji proctor). Dari hasil uji pemadatan tersebut diperoleh kadar air optimum, berat isi kering, berat isi basah dan berat isi jenuh. Pada penelitian ini uji pemadatan dilakukan dua kali ulangan dan hasil pengujian tertera pada Tabel 9 dan 10. Tabel 9. Hasil uji pemadatan standar tanah Gleisol (ulangan 1) Kadar air (w, %) Berat isi basah ( t,g/cm 3 ) Berat isi kering ( d,g/cm 3 ) Berat isi jenuh ( dsat,g/cm 3 ) * Keterangan : * = kadar air optimum 37

5 Tabel 10. Hasil uji pemadatan standar tanah Gleisol (ulangan 2) Kadar air (w, %) Berat isi basah ( t,g/cm 3 ) Berat isi kering ( d,g/cm 3 ) Berat isi jenuh ( dsat,g/cm 3 ) * Keterangan : * = kadar air optimum Dari Tabel 9 dan 10, didapatkan rata-rata kadar air optimum adalah sebesar % dan rata-rata berat isi kering maksimum ( dmax ) sebesar 1.20 g/cm 3. nilai kadar air optimum dan berat isi kering maksimum tersebut merupakan nilai uji pemadatan standar sebagai acuan untuk melakukan pemadatan, baik uji pemadatan di laboratorium maupun pemadatan di lapangan. Pada penelitian sebelumnya Herlina (2003) untuk jenis tanah latosol diperoleh kadar air optimum sebesar %, berat isi kering sebesar 1.30 g/cm 3, berat isi basah sebesar 1.74 g/cm 3, dan berat isi jenuh sebesar 1.40 %, sedangkan dari penelitian Pratita (2007) diperoleh kadar air optimum sebesar %, berat isi kering sebesar 1.26 g/cm 3, berat isi basah sebesar 1.68 g/cm 3, dan berat isi jenuh sebesar 1.41 %. Hal ini dapat terjadi karena disebabkan oleh jenis tanah yang digunakan berbeda dan juga dapat diakibatkan pada proses pemadatan yang tidak konsisten sehingga energi pemadatan yang diberikan dapat berkurang atau berlebih. Wesley (1973) menyatakan bahwa tanah yang dipakai untuk pembuatan tanggul, bendungan tanah, atau dasar jalan harus dipadatkan untuk menaikkan kekuatannya, memperkecil kompresibilitas, dan daya rembes air serta memperkecil pengaruh air terhadap tanah tersebut. Tujuan pemadatan tanah di lapangan yaitu memadatkan tanah pada keadaan kadar air optimumnya, sehingga tercapai keadaan yang paling padat. Dengan demikian tanah tersebut akan mempunyai kekuatan yang relatif besar, kompresibilitas kecil, dan memperkecil pengaruh air terhadap tanah. 38

6 Menurut Pratita (2007), tanah jika memiliki kadar air rendah maka tanah tersebut akan mengeras atau kaku dan sukar dipadatkan. Jika kadar air ditambahkan, maka air itu akan berfungsi sebagai pelumas sehingga tanah tersebut akan mudah dipadatkan dan ruang kosong antara butir menjadi lebih kecil. Pada kadar air yang lebih tinggi lagi, tingkat kepadatan tanah akan turun lagi (seperti terlihat pada Gambar 18) karena pori-pori tanah menjadi penuh terisi air yang tidak dapat dikeluarkan dengan cara pemadatan. Hasil perhitungan uji pemadatan standar selengkapnya pada Lampiran 4. Berat isi (g/cm 3) Kadar air (%) Berat isi kering 2 Berat isi jenuh 2 Berat isi kering 1 Berat isi jenuh 1 Gambar 18. Kurva hasil uji pemadatan standar tanah Gleisol c. Hasil Uji Tumbuk Manual Dari hasil uji pemadatan standar diperoleh kadar air optimum. Nilai tersebut digunakan sebagai acuan untuk melakukan uji pemadatan pada kotak (uji tumbuk manual) yang selanjutnya menjadi nilai perbandingan untuk melakukan pemadatan tanah pada model tanggul. Pemadatan dilakukan pada sebuah kotak berukuran (40 x 30 x 10) cm, dengan jumlah lapisan sebanyak 3 lapisan. Uji tumbuk manual dilakukan untuk menentukan berat isi kering. Selanjutnya dari berat isi kering tersebut didapatkan nilai kepadatan relatif (relative compaction RC ) berdasarkan persamaan 18. Menurut Bowles (1989) 39

7 nilai RC biasanya berkisar antar 90% - 105%. Hasil uji tumbuk manual tertera pada Tabel 11 dan hasil perhitungan selengkapnya pada Lampiran 5. Tabel 11. Hasil uji tumbuk manual Jumlah tumbukan/lapisan Tinggi jatuhan (cm) t (g/cm 3 ) d (g/cm 3 ) RC (%) Pada penelitian ini, RC yang digunakan adalah sebesar 90.60% dengan jumlah tumbukan per lapisan sebanyak 160 tumbukan dan tinggi jatuhan sebesar 30 cm, tidak menggunakan RC 90.11% atau 90.97%. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan pada saat melakukan pemadatan pada model tanggul dengan jumlah tumbukan yang terlalu besar dapat mengakibatkan kotak model tanggul mengalami kebocoran, rusak atau jebol. Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya yang menggunakan jenis tanah Latosol, diperoleh hasil uji tumbuk manual yang berbeda. Dari penelitian Sari (2005) diperoleh RC sebesar % dengan jumlah tumbukan sebanyak 75 tumbukan dan tinggi jatuhan 20 cm, sedangkan dari Setyowati (2006) diperoleh RC sebesar % dengan jumlah tumbukan sebanyak 100 tumbukan dan tinggi jatuhan 20 cm, dan dari Pratita (2007) diperoleh RC sebesar % dengan jumlah tumbukan sebanyak 150 tumbukan dan tinggi jatuhan 20 cm. Hal ini dapat disebabkan adanya perbedaan kadar air optimum karena adanya perbedaan jenis tanah yang digunakan. Selain itu, dapat juga disebabkan oleh energi yang diberikan pada saat penumbukan tidak konsisten sehingga energi banyak yang terbuang. Jumlah energi pemadatan pada uji tumbuk manual dihitung dengan menggunakan persamaan 19 dan diperoleh CE (energi pemadatan) adalah sebesar kj/m 3. 40

8 Hasil yang didapatkan dari uji tumbuk manual ini selanjutnya dijadikan acuan perbandingan untuk melakukan pemadatan tanah pada model tanggul. Model tanggul yang dibuat terdiri dari 8 lapisan dengan masing-masing lapisan mempunyai ketinggian 2.5 cm dan dilakukan pemadatan dengan jumlah tertentu sesuai besarnya luasan tiap lapisan sesuai dengan persamaan 20. Semakin luas lapisan maka jumlah tumbukannya semakin banyak pula, seperti tertera pada Tabel 12. Tabel 12. Jumlah tumbukan pada tiap lapisan pada model tanggul Lapisan Panjang (cm) Lebar (cm) Luas permukaan (cm 2 ) Jumlah tumbukan C. Hasil Uji Permeabilitas Tanggul Berdasarkan klasifikasi permeabilitas menurut Sitorus (1980) dalam Sumarno (2003), tanah Gleisol yang digunakan untuk pembuatan tanggul termasuk ke dalam kelas permeabilitas rendah yaitu antara cm/jam. Nilai permeabilitas suatu tanah yang mengandung tekstur lempung lebih rendah daripada tanah yang memiliki tekstur kasar. Hal ini dapat disebabkan oleh jumlah persentasi dari pori-pori tanah, serta keseragaman penyebaran di dalam penampang tanah. Nilai permeabilitas akan semakin besar jika jumlah persentase pori-pori tanah dan kemampuan untuk meloloskan air semakin banyak serta kemampuan tanah untuk menyimpan air semakin kecil. Dalam keadaan jenuh, nilai permeabilitas tanah maksimum karena seluruh pori dalam tanah telah terisi oleh air. Pada penelitian ini didapatkan rata-rata nilai permeabilitas lapangan adalah sebesar 1.94 cm/jam, sedangkan hasil uji permeabilitas pada tanggul setelah 41

9 Kedalaman (m) (x 0.001) e-009 dijenuhkan seperti tertera pada Tabel 13. Untuk hasil uji permeabilitas selengkapnya pada Lampiran 3.b & 6. Nilai permeabilitas pada tanggul dalam penelitian ini berbeda dibandingkan penelitian sebelumnya yang menggunakan jenis tanah Latosol. Dari penelitian Sari (2005) diperoleh rata-rata permeabilitas sebesar cm/jam, sedangkan dari Setyowati (2006) diperoleh rata-rata permeabilitas sebesar cm/jam, dan dari Pratita (2007) diperoleh rata-rata permeabilitas sebesar cm/jam. Hal ini dapat disebabkan karena perbedaan energi tumbukan yang diberikan pada saat pembuatan tanggul sehingga pemadatan tanah tidak seragam, selain itu dapat juga disebabkan karena perbedaan jenis tanah yang digunakan. Tabel 13. Hasil uji permeabilitas pada tanggul Nilai permeabilitas Ulangan (cm/jam) Rata-rata D. Garis Freatik (Phreatic Line) pada Tubuh Model Tanggul Garis freatik merupakan batas paling atas dari daerah di mana rembesan mengalir. Rembesan air berjalan sejajar dengan garis ini sehingga garis rembesan merupakan garis aliran (Wesley, 1973). Berdasarkan hasil analisis program Seep/w maupun pengambilan foto secara langsung dapat diketahui garis freatik pada tubuh model tanggul seperti terlihat pada Gambar 19 dan 20. Flux section (debit rembesan) Phreatic line (garis freatik) (1.2250, ) 2 (1.4000, ) Jarak (m) 42

10 Gambar 19. Garis freatik pada model tanggul berdasarkan program Seep/w Gambar 20. Garis freatik pada model tanggul melalui pengamatan langsung Dari gambar analisis program Seep/w dan pengamatan langsung pada model tanggul melalui pengambilan foto aliran, bentuk garis rembesan/garis freatik model tanggul dari hulu ke hilir tanggul akan semakin menurun. Garis freatik terbentuk karena adanya pergerakkan air di sebelah hulu menuju bagian hilir tanggul. Dengan adanya tekanan air di sebelah hulu maka akan ada kecenderungan terjadinya aliran air melewati pori-pori di dalam tubuh tanggul. Apabila gaya yang menahan lebih besar dari gaya yang mengalirkan maka aliran air tidak akan memotong tubuh tanggul, sebaliknya jika gaya yang menahan lebih kecil daripada gaya yang mengalirkan maka aliran air akan cepat sampai ke bagian hilir tanggul. Peristiwa ini dapat dicirikan dengan adanya lereng basah pada bagian hilir tanggul atau dikenal dengan panjang zona basah. Pada pengamatan langsung, rata-rata panjang zona basah aktual pada model tanggul adalah sebesar cm. Pada penelitian Sari (2005) diperoleh panjang zona basah sebesar 16 cm dan dari Pratita (2007) sebesar 19.9 cm. Pada penelitian ini nilai panjang zona basah lebih besar, karena adanya perbedaan penggunan jenis tanah maupun ukuran partikel tanah yang digunakan. Hal ini dapat juga 43

11 diakibatkan karena pemadatan pada model tanggul tidak sama sehingga terjadi penyebaran air pada tubuh tanggul yang lebih besar dan mengakibatkan zona basah yang terbentuk menjadi lebih panjang. Menurut Pratita (2007), zona basah yang memotong tubuh tanggul akan menyebabkan terjadinya gejala piping. Jika hal ini dibiarkan terjadi maka debit rembesan melalui piping akan merusak tanggul. Salah satu upaya agar tanggul tetap stabil maka harus dibuat saluran drainase dan penggunaan filter pada tubuh tanggul tersebut. Rembesan air pada tubuh tanggul mengalir dari batas muka air ke dasar bagian tubuh tanggul. Rembesan air dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan kapilaritas. Meskipun pola aliran pada tanggul selalu bergerak menuju ke bagian dasar tanggul tetapi pengaruh dari kapilaritas tanah dapat terjadi seperti terlihat pada Gambar 21. Rembesan air (tubuh tanggul bagian atas terlihat basah) Gambar 21. Pengaruh kapilaritas pada tubuh model tanggul E. Debit Rembesan pada Tubuh Model Tanggul Dalam pembuatan bendungan atau tanggul perlu diperhatikan stabilitasnya terhadap bahaya longsor, erosi dan kehilangan air akibat rembesan melalui tubuh tanggul. Debit rembesan merupakan kapasitas rembesan air yang mengalir ke hilir tanggul (q out ). Debit rembesan yang terjadi pada sebuah tanggul diusahakan agar 44

12 tidak melebihi debit kritis (q c ), karena jika hal tersebut dibiarkan maka akan timbul erosi bawah tanah (piping). Besarnya q c adalah sekitar 5% dari debit ratarata yang masuk ke dalam tanggul (q in ). Untuk mengetahui besarnya debit rembesan (q out ) pada tanggul dapat dilakukan dengan 3 cara yaitu : 1. Berdasarkan Pengukuran Langsung pada Model Tanggul Pengukuran debit rembesan secara langsung pada model tanggul dilakukan dengan mengukur besarnya debit outlet setiap 5 menit hingga didapatkan debit outlet yang konstan. Hasil pengukuran debit outlet seperti tertera pada Tabel 14, sedangkan hasil pengukuran selengkapnya pada Lampiran 7. Tabel 14. Hasil pengukuran debit rembesan (q out ) secara langsung Ulangan q in q c q out (ml/jam) (ml/jam) (ml/jam) Zona basah (a, cm) Rata-rata Dari Tabel 14 terlihat bahwa q out < q c, sehingga dapat dikatakan model tanggul tersebut masih aman dan tingkat kestabilan tanggul masih baik. Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya, debit rembesan pada penelitian ini memiliki perbedaan walaupun tidak terlalu jauh. Dari penelitian Sari (2005) diperoleh rata-rata debit rembesan sebesar 2794 ml/jam, dari Setyowati (2006) diperoleh rata-rata debit rembesan sebesar 5652 ml/jam, dan dari Pratita (2007) diperoleh rata-rata debit rembesan sebesar ml/jam. Hal ini disebabkan karena perbedaan jenis tanah yang digunakan. Selain itu juga dapat disebabkan karena faktor ketelitian dalam pengukuran, faktor pemadatan tanah yang diberikan pada tiap lapisan tanah dan jumlah energi yang diberikan pada tiap lapisan tidak sama sehingga nilai RC yang diperoleh berbeda. 2. Berdasarkan Program Seep/w 45

13 Data-data yang diperlukan untuk menganalisis besarnya debit rembesan dan panjang zona basah yaitu jenis bahan, tekanan, konduktivitas hidrolika (permeabilitas), tinggi tekan (pressure head) dan unit flux. Nilai permeabilitas diperoleh dari pengambilan contoh tanah pada tubuh tanggul (di bagian hilir tanggul) setelah dilakukan pengaliran. Hal ini dilakukan karena tanah di bagian hilir tanggul lebih jenuh karena adanya rembesan air yang mengalir ke bagian hilir tanggul. Nilai tekanan dan permeabilitas untuk setiap ulangan pada model tanggul selanjutnya menjadi data masukkan untuk analisis debit rembesan tersebut. Besarnya debit rembesan tertera pada Tabel 15, sedangkan langkah-langkah penggambaran pada program Seep/w selengkapnya pada Lampiran 10. Tabel 15. Hasil analisis debit rembesan dengan program Seep/w Ulangan Permeabilitas (cm/jam) Debit rembesan (ml/jam) Rata-rata Pada Tabel 15, terlihat bahwa rata-rata debit rembesan yang diperoleh adalah sebesar ml/jam. Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya, nilai debit rembesan tersebut sedikit berbeda. Dari penelitian Sari (2005) diperoleh rata-rata debit rembesan sebesar ml/jam, dari Setyowati (2006) diperoleh rata-rata debit rembesan sebesar ml/jam, dan dari Pratita (2007) diperoleh rata-rata debit rembesan sebesar ml/jam. Perbedaan debit rembesan ini disebabkan karena adanya perbedaan nilai permeabilitas dengan penelitian sebelumnya yang diakibatkan oleh penggunaan jenis tanah yang berbeda, faktor pemadatan dan jumlah energi yang diberikan pada model tanggul yang dibuat. 3. Berdasarkan Rumus Empiris Berdasarkan metode Casagrande debit rembesan yang diperoleh adalah sebesar ml/jam, sedangkan dengan metode Grafik (Taylor, 1948) diperoleh 46

14 sebesar ml/jam, dan dengan metode Bowles sebesar ml/jam. Debit rembesan yang diperoleh tertera pada Tabel 16, sedangkan perhitungan selengkapnya disajikan pada Lampiran 9. Tabel 16. Hasil perhitungan debit rembesan berdasarkan rumus empiris Permeabilitas Zona Metode (cm/jam) basah hitung (cm) q hitung (ml/jam) Casagrande Grafik Bowles Dibandingkan dengan metode pengukuran langsung dan program Seep/w, debit rembesan berdasarkan rumus empiris menghasilkan debit yang jauh lebih kecil seperti tertera pada Tabel 17. Hal ini disebabkan karena pada metode empiris selain faktor permeabilitas dan dimensi tanggul, panjang zona basah juga mempengaruhi perhitungan. Sebaliknya, pada pengukuran secara langsung dan metode analisis dengan program Seep/w, debit rembesan hanya dipengaruhi oleh nilai permeabilitas, tinggi muka air dan dimensi tanggul, sedangkan panjang zona basah tidak berpengaruh. Tabel 17. Nilai debit rembesan dengan 3 metode Metode Debit rembesan (ml/jam) Pengamatan langsung 1650 Analisis Seep/w Casagrande Analisis rumus empiris Grafik Bowles