Topik 10. Drainase Bawah Permukaan

Transkripsi

1 1 Topik 10. Drainase Bawah Permukaan Foto Pemasangan pipa drainase dengan mesin di Belanda Pendahuluan Tujuan instruksional khusus: mahasiswa mampu memahami perhitungan spasing, diameter pipa dan slope pada drainase bawah-permukaan Bahan Ajar Bahan Ajar terdiri dari: (1) Hidrolika Airtanah, () Persamaan Drainase Dalam Kondisi Aliran Steady, (3) Persamaan Drainase Untuk Situasi Tidak Steady, (4) Drainase Bawah Permukaan. Beberapa bahan ajar disimpan dalam File Tambahan Kuliah Topik 10 adalah: (1) Rainbow-win suatu software untuk menghitung DDF (Depth Duration Frequency) hujan dalam perhitungan modulus drainase, () Drainage FAO dalam pdf, (3) Pump drainage FAO dalam pdf, (3) Dedi Kusandi Kalsim, 007. Pengembangan ahan Gambut Berkelanjutan, Seminar Ketahanan Pangan Nasional, UNIA, Bandar ampung November 007. Teknik Irigasi dan Drainase 1

2 1. HIDROIKA AIR TANAH 1.1. Asumsi DUPUIT- FORCHEIMER Dupuit (1863), mempelajari aliran steady pada sumur dan saluran yang secara skhematis seperti digambarkan pada Gambar 1.1 di bawah ini. Gambar 1.1. Aliran steady pada aquifer tak tertekan Asumsi yang dibuat adalah: 1. Untuk sistem aliran dengan kemiringan muka air bebas yang kecil, maka streamline dapat diambil sebagai garis horizontal tegak lurus bidang vertikal.. Kecepatan aliran berbanding lurus dengan kemiringan muka air tanah, tetapi tidak tergantung pada kedalaman aliran. Asumsi tersebut di atas menyebabkan pengurangan dimensi aliran dari dimensi menjadi 1 dimensi, dan kecepatan aliran pada "phreatic surface" berbanding lurus dengan tangens hydraulic gradient atau sama dengan nilai sinus atau dh/dx dh/ds. Berdasarkan pada asumsi tersebut di atas Forcheimer (1886), mengembangkan suatu persamaan umum untuk muka air bebas dengan menggunakan persamaan kontinyuitas pada air dalam kolom vertikal dengan tinggi h, yang dibatasi oleh "phreatic surface" pada bagian atas dan lapisan kedap pada bagian bawah (Gambar 1.). Komponen aliran horizontal : V x h K dan x V y h K. /1.1/ y Jika q x aliran pada arah x per unit lebar arah y, maka : q dy x h K x h x ( h. dy) K h dy /1. / x Teknik Irigasi dan Drainase

3 Bergerak dari sebelah kiri ke sebelah kanan, maka q x dy mengalami perubahan dengan laju q x /x, yakni menjadi : q x+dx dy atau dy dx x q q x x +. Gambar 1.. Pendekatan aliran horizontal suatu elemen fluida dalam ruang Selisih outflow dan inflow per unit waktu pada arah x adalah : ( ) / / dx dy x h h x K dx dy x q dy q q x x dx x + Dengan cara yang sama, maka perubahan aliran pada arah sumbu y adalah : /1.4 /... dx dy y h h y K dx dy y q y Pada aliran steady, maka jumlah perubahan sama dengan nol, sehingga : ( ) ( ) /1.5/ 0. /. /. + dy dx y y h h x x h h K 0 /1.6 / + y h h y x h h x atau / / y h x h Teknik Irigasi dan Drainase 3 3

4 4 persamaan /1.7/ ini disebut sebagai persamaan FORCHEIMER. 1.. Aliran Tidak Steady Pada kondisi aliran tidak steady, jumlah perubahan aliran pada arah x dan arah y harus sama dengan perubahan kuantitas air yang disimpan pada kolom tersebut. Perubahan storage ini digambarkan baik oleh penurunan atau kenaikan phreatic surface. Perubahan storage adalah : S µ. h /1.8/ di mana S : perubahan air yang disimpan per unit luas permukaan selama waktu tertentu; µ. : porositas efektif dari tanah; h : perubahan elevasi muka air tanah selama waktu tertentu. Persamaan kontinyuitas sekarang menjadi : ( h. h / x) ( h. h / y ) h K + dx. dy dx. dy x y µ t atau h h h + µ /1.10 / x y K t /1.9 / Persamaan /1.9/ di atas dapat juga ditulis sebagai berikut : h h h h h K h + h + + µ x x y y t /1.11/ Jika h cukup besar dibandingkan dengan perubahan h, maka kita dapat mengasumsikan h konstan dengan nilai rata-rata D, dan dapat mengabaikan orde ke dua, (h/x) dan (h/ y) sehingga akan didapat : h h µ h KD t + /1.1 / x y Persamaan ini identik dengan persamaan konduksi panas dimensi atau persamaan aliran compressible fluid melalui medium berpori.. PERSAMAAN DRAINASE DAAM KONDISI AIRAN STEADY.1. Aliran steady pada Saluran Paralel dengan Recharge seragam pada Permukaan Tanah Sebagai contoh aplikasi dari asumsi Dupuit, asumsikan suatu lapisan tanah yang homogen dan isotropik, di bagian bawah dibatasi dengan lapisan kedap dan didrainasekan oleh saluran paralel yang menembus lapisan tanah tersebut sampai ke lapisan kedap. Pada permukaan tanah menerima hujan seragam dengan laju R (Gambar.1). Teknik Irigasi dan Drainase 4

5 5 Gambar.1. Aliran air pada saluran drainase yang menembus aquifer tak tertekan Dengan menggunakan asumsi Dupuit-Forcheimer di mana kemiringan muka air tanah cukup kecil, sehingga aliran air tanah ke saluran drainase dapat dianggap horizontal. Aliran pada bidang vertikal berjarak x dari saluran sebelah kiri adalah sebagai berikut : Masing-masing dikalikan dengan dx dh q x R( 0,5 x) K. h /.1/ dx ( 0,5 x) dx /. / K. h. dh R atau ( 0,5R) dx Rx dx /.3/ K. h. dh Persamaan di atas dapat diintegrasikan dengan batas sebagai berikut : x 0 h yo; x 0.5 h H K H h yo h. dh R 0,5 x 0 ( 0,5 x) dx /.4 / ( H yo ) R( 0,5 ) 0,5R( 0,5 ) 0,5R( 0, 5 ) 0,5K K(H -yo )1/4 R 4K( H R yo ) /.5 / Atau dengan notasi seperti pada Gambar., maka : R q 4K ( H D ) /.6 / Teknik Irigasi dan Drainase 5

6 6 dimana, R : laju pemasukan air dari permukaan tanah per luas permukaaan (m/hari); q : debit drainase per unit luas permukaan (m/hari); K : konduktivitas hidrolik tanah (m/hari) ; H : jarak dari lapisan kedap ke tengah-tengah muka air tanah (m); D : jarak dari lapisan kedap ke muka air pada saluran drainase (m); : jarak antar saluran drainase (m). Persamaan tersebut dapat ditulis : q 4K ( H + D)( H D) /.7 / Berdasarkan Gambar. a; h H - D dan H + D D + h, maka q 8K ( D + 0,5h ) h /.8 / Faktor D + 0,5 h pada persamaan di atas dianggap menggambarkan rata-rata ketebalan lapisan tanah disimbolkan dengan D'. q 8KD' h /.9 / di mana KD transmissivity aquifer (m /hari). Persamaan /.8/ dapat juga ditulis sebagai berikut : 8 K D h + 4 K h q /.10 / 4 K h Dengan membuat D 0, maka q /.11/ yang menggambarkan aliran horizontal di atas level drainase. Apabila D cukup besar dibandingkan dengan h, maka 4Kh dapat diabaikan, sehingga : 8 K D h q /.1 / Persamaan ini menggambarkan aliran horizontal di bawah level drainase. Pertimbangan di atas menghasilkan konsepsi lapisan tanah dengan batas pada level drainase. 8K b D h + 4K ah q /.13/ dimana K a : konduktivitas hidrolik lapisan tanah di atas level drainase (m/hari); K b :konduktivitas hidrolik di bawah level drainase (m/hari)... Prinsip Persamaan HOOGHOUDT Apabila saluran drainase tidak sampai menembus ke lapisan kedap, maka garis aliran tidak sejajar dan horizontal akan tetapi akan membentuk aliran radial menuju pipa drainase. Aliran radial tersebut mengakibatkan lintasan aliran menjadi lebih panjang. Teknik Irigasi dan Drainase 6

7 7 Hooghoudt (1940) menurunkan persamaan aliran seperti digambarkan pada Gambar. b, dimana daerah aliran dibagi menjadi aliran horizontal dan aliran radial. Gambar.. Konsep kedalaman ekivalen (equivalent depth) untuk mentransformasikan kondisi aliran horizontal dan radial ke suatu aliran horizontal ekivalen Apabila aliran horizontal di atas level drainase diabaikan, maka persamaan aliran untuk lapisan tanah seragam menjadi h q K F H dan /.14 / ( D ) 1 D + ln f ( D, ) /.15 / F H + 8D π ro di mana ro : jari-jari pipa drainase; f(d,) : fungsi D dan, umumnya kecil bila dibandingkan dengan term lainnya. Term pertama pada persamaan /.15/ menggambarkan aliran horizontal di bawah level drainase, karena berdasarkan persamaan /.1/ menjadi : q h 8KD, sedangkan pada Gambar.b, panjang untuk aliran horizontal adalah -D sehingga persamaan /.1/ menjadi h q( D ) atau q ( D ) h 8KD K 8D Teknik Irigasi dan Drainase 7

8 8 Term ke dan ke 3 dari persamaan /.15/ menggambarkan aliran radial. Hooghoudt mempertimbangkan suatu formula yang lebih praktis, yaitu dengan memperkenalkan suatu kedalaman ekivalen d sebagai pengganti D (di mana d < D). Hal ini dimaksudkan untuk memperhitungkan tahanan tambahan (extra resistance) yang disebabkan oleh aliran radial. Dengan menggunakan nilai d, maka pola aliran dalam Gambar.b dapat diganti dengan aliran horizontal seperti pada Gambar.c. Apabila yang diperhitungkan hanya aliran horizontal di bawah level drainase maka persamaan /.1/ sekarang menjadi: di mana d < D. Persamaan /.16/ ini harus dibuat sama dengan persamaan /.14/, sehingga menghasilkan : d 8F H 8 K d h q 8 ( D ) 8D /.17 / Nilai d (equivalent depth) merupakan fungsi dari, D dan ro. Nilai untuk d dengan ro 0,1 m pada berbagai nilai dan D dapat dilihat pada Tabel.1. Untuk ro selain dari 0,1 m dapat dilihat pada Gambar.3. Dari Tabel.1, dapat dilihat bahwa d bertambah besar dengan naiknya D sampai D 1/4, untuk D yang lebih besar nilai d nya relatif konstan. Dengan demikian untuk D > 1/4 pola aliran tidak dipengaruhi oleh kedalaman lapisan kedap. Dengan pertimbangan memasukan pengaruh aliran radial, maka persamaan /.13/ dapat ditulis dengan menggunakan nilai d sebagai pengganti D, menjadi persamaan /.18/, persamaan ini disebut sebagai persamaan HOOGHOUDT. /.16 / 8 D + ln π ro q 8K b d h + 4K h a /.18 /.3. Aplikasi Persamaan Hooghoudt Persamaan Hooghoudt digunakan untuk menghitung spasing drainase, apabila faktorfaktor q, K, h, D dan ro diketahui. Rumus ini dapat juga digunakan untuk menghitung konstanta tanah K dan D jika diketahui q, h, dan ro. Karena tergantung pada d, sedangkan d sendiri fungsi dari, maka rumus di atas tidak dapat menghitung secara eksplisit. Dengan demikian prosedur yang digunakan adalah metoda "coba-ralat" (trial and error). Coba-ralat dapat dihindarkan dengan menggunakan Nomograf seperti pada Gambar.4 dan.5. Contoh 1: Untuk drainase suatu areal irigasi akan digunakan pipa dengan jari-jari 0,1 m. Pipa tersebut ditempatkan pada kedalaman 1,8 m dari permukaan tanah. apisan kedap dijumpai pada kedalaman 6,8 m. Dari uji auger-hole didapatkan nilai konduktivitas hidrolik K 0,8 m/hari. Selang (interval) irigasi setiap 0 hari. Rata-rata air irigasi yang hilang dan mengisi air tanah adalah sejumlah 40 mm per 0 hari, sehingga rata-rata discharge dari sistem drainase mm/hari. Pada jarak berapa spasing harus dibuat apabila rata-rata kedalaman air tanah 1, m dari permukaan akan dipertahankan?. Teknik Irigasi dan Drainase 8

9 9 Jawab : q 0,00 m/hari; ro 0,1 m;ka Kb 0,8 m/hari; h 0,6 m; D 5 m 8 K b d h + q 4 K a h {(8 x 0,8 x 0,6 x d) + (4x 0,8 x 0,36)} / 0, d Coba 1 : 80 m, dari Tabel 1: d 3,55 m; 190 x 3, , sehingga terlalu kecil Coba : 87 m, dari Tabel 1: d 3,63 m; 190 x 3, Maka spasing drainase yang diperlukan 87 m. Dengan menggunakan nomograf pada Gambar.4 dan.5: hitung D/h 5/0,6 8,3 dan h/(πro) 0,6/(πx0,1) 1,9; hitung K/q 0,8/0, Dengan menarik garis lurus dari titik (D/h) dan h/(πro) ke K/q 400, didapat /h 140. Dengan demikian 140 x 0,6 m 84 m. Nomograf tersebut dapat juga digunakan untuk saluran drainase terbuka di mana u πro, u adalah perimeter basah..4. Prinsip persamaan Ernst Persamaan Ernst dapat digunakan pada tanah dengan lapisan di mana batas kedua lapisan tersebut dapat berada di atas atau di bawah level drainase. Khususnya dapat dipakai pada kondisi dimana lapisan atas mempunyai konduktivitas hidrolik lebih kecil dari pada lapisan bawahnya. Seperti juga Hooghoudt, Ernst mendapatkan sejumlah hidrolik head yang diperlukan untuk bermacam-macam komponen aliran dimana secara skhematis aliran pada pipa drainase dibuat. Analogi dengan hukum Ohm, maka aliran air tanah dapat ditulis : q h/w atau h qw Teknik Irigasi dan Drainase 9

10 10 di mana q adalah laju aliran, h hidrolik head dan w adalah tahanan. Jika aliran ke pipa drainase dibagi menjadi aliran vertikal, horizontal dan radial, maka head hidrolik total adalah : h h v + h h + h r qw v + q w h + q w r di mana subscript v vertikal, h horizontal, r radial. Aliran horizontal dan radial adalah sama dengan q, yakni discharge drainase per unit panjang pipa drainase, sedangkan aliran vertikal sama dengan q, yakni laju debit drainase per unit luas permukaan tanah. Dengan menulis berbagai tahanan maka persamaan Ernst dapat ditulis: h D q K v v + q 8 ( KD) h + q π K r ad ln u r /.19 / di mana, h : total hidrolik head atau tinggi water table di atas level drainase pada titik tengah (m); q : laju debit drainase per luas permukaan (m/hari); : spasing drainase (m); K v : konduktivitas hidrolik untuk aliran vertikal (m/hari) ; K r : konduktivitas hidrolik untuk aliran radial (m/hari); D v : ketebalan lapisan dimana aliran vertikal dipertimbangkan (m); D r : ketebalan lapisan di mana aliran radial dipertimbangkan (m); Σ(KD) h : transmisivitas lapisan-lapisan tanah dimana terjadi aliran horizontal (m /hari); a : faktor geometri untuk aliran radial, tergantung pada kondisi aliran; u : perimeter basah (m). Nilai-nilai D v, Σ (KD) h, D r, a dan u ditentukan berdasarkan profil tanah dan posisi relatif serta ukuran pipa drainase. Data berikut ini merupakan karakteristik dari kondisi spesifik drainase yakni : D 1 : rata-rata ketebalan lapisan atas di bawah muka air tanah (water table) dengan permeabilitas K 1 ; D : rata-rata ketebalan lapisan bawah dengan permeabilitas K ; Do : ketebalan lapisan tanah di bawah level drainase; h : ketinggian water table di atas level drainase pada titik tengah; y : kedalaman air dalam saluran drainase,untuk pipa drainase y 0. Nilai-nilai D v, Σ (KD) h, D r, a dan u sekarang dalam bentuk detil dapat dilihat dengan bantuan Gambar.6a sampai.6d. Aliran vertikal terjadi pada lapisan antara maksimum water table pada titik tengah antar saluran dengan dasar saluran. Biasanya ketebalan lapisan untuk aliran vertikal adalah D v y + h untuk saluran, dan D v h untuk pipa. Aliran horizontal terjadi pada seluruh ketebalan aquifer, jadi Σ(KD) h K 1 D 1 + K D. Apabila kedalaman sampai lapisan kedap bertambah besar, maka nilai K D juga bertambah besar sehingga membuat Σ(KD) h cenderung tak terhingga dan akibatnya tahanan aliran horizontal menjadi nol. Untuk mencegah hal tersebut total kedalaman lapisan di bawah level drainase Do atau Do + D dibatasi sampai (1/4) apabila lapisan kedap lebih dalam dari (1/4) di bawah level drainase. Teknik Irigasi dan Drainase 10

11 11 Aliran radial hanya diperhitungkan pada lapisan di bawah level drainase, jadi D r Do, dengan batasan yang sama seperti aliran horizontal yaitu Do < (1/4) Berdasarkan nilai-nilai tersebut di atas, maka beberapa kasus berikut ini dapat dipertimbangkan : A. Tanah Homogen (homogeneous soil) Pada suatu tanah homogen (D 0, Gambar.6b), nilai a diambil sama dengan 1, D v y + h, Σ(KD) h K 1 D 1, K r K 1 dan D r Do, dengan demikian persamaan /.19/ menjadi : h y + h q + K 1 q 8K D q π K 1 D ln u 0 /.0 / Pada tanah homogen tahanan vertikal cukup kecil sehingga dapat diabaikan. ebih lanjut dalam kebanyakan kasus yang ditemui di lapang h << Do, D 1 biasanya dianggap sama dengan Do, aliran horizontal melalui lapisan di atas level drainase umumnya diabaikan. Jika kedalaman dari dasar saluran sampai lapisan kedap Do lebih besar dari (1/4), aliran tidak akan terjadi di bawah kedalaman tersebut. Karena spasing drainase tidak diketahui sebelumnya, maka kondisi tersebut di atas harus diuji sesudahnya didapat nilai. Teknik Irigasi dan Drainase 11

12 1 Tabel.1. Nilai kedalaman ekivalen (d) menurut Hooghoudt (ro 0.1 m, D dan dalam m) Teknik Irigasi dan Drainase 1

13 13 Gambar.3. Nomograf untuk menentukan kedalaman ekivalen (d) menurut van Beers B. Tanah Berlapis (layered soil) Teknik Irigasi dan Drainase 13

14 14 1. Apabila saluran drainase ditempatkan pada lapisan bawah (Gambar.6c) dan K 1 < K, maka tahanan aliran vertikal pada lapisan ke dua dapat diabaikan dibandingkan dengan pada lapisan pertama. Pada Gambar.6c dapat dilihat bahwa tebal lapisan di mana terjadi aliran vertikal adalah sama dengan D v D 1. Untuk komponen aliran horizontal dalam kasus tersebut adalah Σ (KD) h K D + K 1 D 1. Karena K 1 < K dan D 1 < D, maka suku kedua dapat diabaikan sehingga Σ (KD) h K D. Aliran radial diperhitungkan pada lapisan D r Do. Untuk komponen aliran horizontal dan radial sebagai pembatas Do < (1/4). Persamaan /.19/ menjadi : h q ad ln u D1 0 K 1 + q 8K D + q π K /.1/. Jika saluran drainase berada seluruhnya pada lapisan atas (Gambar.6d), maka untuk menentukan faktor geometri "a" terdapat berbagai kondisi sebagai berikut : (a) K > 0 K 1, faktor geometri "a" 4 dan persamaan (.19) menjadi : h q y + h + K 1 q 8( K D K D ) q π K 1 4D ln u 0 /. / (b) 0,1 K 1 < K < 0 K 1, faktor geometri "a" ditentukan berdasarkan nomograf seperti pada Gambar.7, kemudian gunakan persamaan /.19/. (c) 0,1 K 1 > K, faktor geometri "a" 1. apisan bawah dianggap sebagai lapisan kedap air, sehingga pada kasus ini menjadi kasus tanah homogen dan persamaan /.0/ menjadi berlaku. Pada persamaan-persamaan di atas perimeter basah "u" untuk drainase pipa, sedangkan untuk saluran drainase "u" dihitung sebagai berikut : u b + y ( S + 1)... /.3/ di mana, b : lebar dasar saluran; y: kedalaman air pada saluran; S: kemiringan talud (horizontal : vertikal). Untuk pipa drainase yang dipasang pada suatu galian (trenches) yang diselimuti dengan bahan berpermeabilitas yang baik, maka nilai u dihitung sebagai berikut : u b + ( ro)... /.4/ di mana b : lebar trench; ro : jari-jari pipa drainase. Teknik Irigasi dan Drainase 14

15 15 Gambar.4. Nomograf untuk penentuan spasing drainase jika /h > 100. Gambar.5. Jika /h < 100 (Boumans, 1963) Teknik Irigasi dan Drainase 15

16 16.5. Aplikasi Persaamaan Ernst Gambar.6. Geometri persamaan Ernst Perhitungan spasing drainase dilakukan dengan bantuan nomograf seperti pada Gambar.7 dan.8. Tahap-tahap perhitungan untuk mendapatkan persamaan yang sesuai dilakukan sebagai berikut : Tahap 1. Pelajari profil tanah Jika tanah homogen atau jika kedalaman lapisan di mana drainase akan dipasang adalah lebih dari (1/4), maka gunakan persamaan /.0/. Apabila lebih kecil dari (1/4), lanjutkan tahap dan 3. Tahap. Hitung hv q D v /K v q q adr h' h hv + ln /.5/ 8 ( KD) π Kr u h Teknik Irigasi dan Drainase 16

17 17 Dalam beberapa kasus nilai "h v " sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Tahap 3. Tentukan faktor geometri "a" Jika K > 0 K 1, maka " a" 4 dan gunakan persamaan /./ Jika 0,1 K 1 < K < 0 K 1, tentukan "a" dari Gambar.7 dan gunakan persamaan /.19/ Jika K < 0,1 K 1, maka "a" 1, pertimbangkan tanah homogen dan gunakan persamaan /.0/. Aplikasi persamaan Ernst sebagai formula spasing drainase diberikan dengan 3 contoh di bawah ini yaitu untuk tanah homogen (Do < 1/4 ), untuk tanah lapisan di mana batas lapisan berada di bawah level drainase (Do < 1/4 ) dan untuk tanah dalam (deep soil) (Do > 1/4 ). Contoh : Data pada contoh 1, akan digunakan dengan tambahan dibuat suatu galian (trench) dengan lebar 0,5 m (lihat Gambar.6b) : ro 0,1 m Do 5 m q 0,00 m/hari h 0,6 m K 1 0,8 m/hari Karena tanah homogen, maka persamaan /.0/ dan Gambar.8 dapat digunakan : Dengan mengabaikan aliran vertikal, maka : u 0,5 + 4 x 0.1 0,65 m h 0,6 q 8K D q π K 1 D ln u 0 0, ,8 5,30 0,00 ln π 0,8 5 0,65 0,8 ± 0, , ,8 ± 6,05 0,03 0,06 Karena > 0, maka 87,5 m. Hasil pengujian ternyata Do < 1/4. Penggunaan nomograf Gambar.8 adalah sebagai berikut : Σ (KD) K 1 D 1 K 1 (Do + 1/ h) 0,8 x 5,30 4, m /hari h/q 0,6/0, Hubungkan titik ΣKD dan h/q dengan garis lurus yang memotong kurva untuk nilai "wr" sebagai berikut : wr 1 adr ln π Kr u π 1 ln 0,8 5 0,65 0,8 (a 1, Dr Do 5 m) terbaca pada arah vertikal 88 m Teknik Irigasi dan Drainase 17

18 18 Contoh 3 : Gambar.7. Nomograf untuk menentukan faktor geometri "a "sebagai tahanan radial pada persamaan Ernst (van Beers, 1965) Suatu tanah terdiri dari lapisan yang berbeda. apisan atas K 1 0, m/hari dan lapisan bawah K m/hari. Batas kedua lapisan tersebut berada pada kedalaman 0,5 m di bawah dasar saluran (Gambar.6d), tebal lapisan bawah sampai lapisan kedap D 3 m. Saluran drainase mempunyai lebar dasar 50 cm, dengan talud 1 : 1 dan kedalaman air y 30 cm. Hidrolik head dipasang pada h 1, m dengan q 10 mm/hari. Dari informasi di atas (lihat Gambar.6d): h 1, m q 0,01 m/hari K 1 0, m/hari D y 0,3 m Do 0,5 + 0,3 0,8 m D 1 0,8 + 0,5 x 1, 1,4 m 3 m u 0,5 + x 0.3 1,35 m Tahap 1. Asumsikan Do < 1/4 Tahap. Dv h + y 1, 0,3 hv q q 0,01 0, 075 Kv K1 0, h' h hv 1, 0,075 1, 15 m m Teknik Irigasi dan Drainase 18

19 19 Gambar.8. Nomograf untuk menentukan spasing drainase pada persamaan Ernst, jika D0 < 1/4 Tahap 3. Karena K /K 1 10, tentukan "a"dari Gambar.7. D /Do 3,0/0,8 3,8 terbaca a 4; Σ(KD) h K 1 D 1 + K D 0, x 1,4 + x 3,0 6,3 m /hari wr 1 π K 1 4Dr ln u 1 π K 1 4Do ln u π 1 ln 0, 4 0,8 1,35 1,37 hari / m h' 1,15 8 q ( KD) h + q π Kr ln adr u 0,01 8 6,3 + 0,01 1,37 atau 0, + 13, , dengan menggunakan rumus ABC maka didapat 48 m. Teknik Irigasi dan Drainase 19

20 0 Nilai tersebut akan diperoleh juga apabila menggunakan Gambar.8. Karena Do 0,8 m, maka kondisi Do < 1/4 (aliran radial) dan D 1 + D < 1/4 (aliran horizontal) keduanya dipenuhi. Contoh 4 : Data seperti pada contoh 6, kecuali Do 10 m. Tahap 1 : Karena kelihatannya Do > 1/4, maka persamaan untuk tanah homogen (persamaan /.0/) akan digunakan. Hal ini berarti lapisan kedua, berapa pun tebalnya dan permeabilitasnya tidak berpengaruh pada aliran ke pipa drainase. Asumsi Do > 1/4 ini harus diuji pada ahir perhitungan. Tahap : hv 0,075 ; h' 1,15 m; Persamaan /.0/ untuk a 1, K 1 D 1 0, x 10,6 1 m /hari, Do 10 m dan u 1,35 m, menghasilkan : 0,01 0, ,15 + ln 8,1 π 0, 1,35 Dari persamaan tersebut didapat 4 m. Dengan demikian asumsi semula Do > 1/4 adalah sesuai, dan contoh ini dapat diperlakukan sebagai tanah homogen..6. Nomograf yang Berlaku Umum Untuk tanah homogen dengan Do < 1/4 dan tanpa memperhatikan head loss karena aliran vertikal dan aliran horizontal di atas level drainase, maka persamaan /.0/ dapat ditulis ; q q D0 h + ln karena D 1 Do 8KD0 π K u Persamaan Hooghoudt (persamaan /.16/) : q h 8Kd Dengan menggabungkan kedua persamaan tersebut maka : Do d 8Do Do 1 + ln π u Persamaan untuk kedalaman ekivalen di atas dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar.3. Nomograf pada Gambar.3 mempunyai keuntungan bahwa d dapat ditentukan untuk semua nilai ro atau u, sedangkan Tabel 1 hanya berlaku untuk satu nilai ro saja. Suatu contoh apabila Do/u sama dengan 15, Do 10 m dan 40 m, maka d 3,7 m. Van Beers menggambarkan spasing drainase untuk tanah homogen dengan pengabaian aliran di atas level drainase dan D < 1/ sebagai berikut : o - C.../.6/ Teknik Irigasi dan Drainase 0

21 1 di mana, 8KDh o ; q C D ln D u Apabila o dibandingkan dengan persamaan Hooghoudt /.16/ maka o menggambarkan spasing drainase untuk aliran horizontal. Untuk mempertimbangkan tahanan aliran radial maka dikurangi dengan C. Hal ini merupakan perbedaan dengan persamaan Hooghoudt di mana pengurangan D menjadi d (equivalent depth) digunakan untuk memperhitungkan aliran radial. Untuk menghitung nilai C, nomograf pada Gambar.9 dapat digunakan. Nomograf ini mempunyai keuntungan karena dapat digunakan untuk menyelesaikan persaman tidak-steady dari Glover-Dumm. Untuk menghitung nilai C, ambil nilai D tertentu pada sumbu horizontal bawah. Dari titik tersebut tarik garis vertikal ke atas sampai memotong kurva untuk nilai u tertentu, dan baca nilai C pada sumbu vertikal. Teknik Irigasi dan Drainase 1

22 CD ln D/U U Gambar.9. Nomograf untuk menghitung nilai C pada persamaan /.6/, untuk pelbagai nilai u Teknik Irigasi dan Drainase

23 3 3. PERSAMAAN DRAINASE UNTUK SITUASI TIDAK STEADY Pada suatu daerah di mana recharge (pengisian) bersifat periodik (tidak kontinyu) atau dengan intensitas hujan yang tinggi, maka asumsi recharge steady tidak dapat berlaku lagi. Pada kondisi tersebut persamaan drainase untuk kondisi tidak steady harus digunakan. Persamaan tidak-steady di mana recharge sama dengan nol telah diuraikan seperti pada persamaan /1.1/ di mana untuk satu arah (sumbu x) dapat ditulis sebagai berikut: h h KD µ / 3.1/ x t di mana : KD: transmisivity aquifer (m /hari); h: hidrolik head sebagai fungsi dari x dan t (m); x : jarak horizontal dari titik acuan, misalnya saluran (m); t: waktu (hari); µ: ruang pori drainase 3.1.Prinsip Persamaan Glover-Dumm Dumm (1954) menggunakan penyelesaian persamaan /3.1/ yang ditentukan oleh Glover yang mengasumsikan muka air tanah awal horizontal pada suatu ketinggian tertentu di atas level drainase. Penyelesaiannya menerangkan penurunan muka air tanah (yang tidak lagi horizontal) sebagai fungsi dari waktu, tempat, spasing drainase dan sifat-sifat tanah. Muka air tanah awal horizontal dipertimbangkan sebagai hasil dari kenaikan seketika (instantaneous) akibat dari hujan atau irigasi, yang juga merupakan pengisian air tanah seketika. Kemudian Dumm (1960) mengasumsikan muka air awal tidak datar sama sekali, akan tetapi mempunyai bentuk parabola (pangkat 4) yang menghasilkan rumus sedikit berbeda. Gambar 3.1 di bawah ini merupakan kondisi sebelum dan sesudah kenaikan muka air tanah secara horizontal. Kondisi awal dan pembatas di mana persamaan /3.1/ harus diselesaikan adalah sebagai berikut : t 0, h R i /µ h o, 0 < x < (initial horizontal groundwater) t > 0, h 0, x 0, x (air pada saluran drainase tetap pada level drainase) R i : pengisian sesaat per unit luas permukaan (m) h o : ketinggian muka air tanah awal di atas level drainase (m) Persamaan /3./ dengan kondisi tersebut di atas ditemukan oleh Carslaw dan Jaeger (1959) : 4ho 1 (, ) n α t nπ x h x t e sin / 3. / π n n 1,3,5, π KD di mana : α (faktor reaksi, hari -1 ) µ Untuk ketinggian air tanah pada titik tengah antar saluran pada waktu t, h t h(1/,t) maka x 1/, dimasukan pada persamaan /3./ menghasilkan : h t 4 h π o n 1,3,5, 1 e n n α t / 3.3/ Teknik Irigasi dan Drainase 3

24 4 Gambar 3.1. Kondisi pembatas untuk persamaan Glover-Dumm dengan water table awal horizontal. Nilai-nilai term pada persamaan /3.3/ akan menurun dengan bertambahnya nilai n. Jika α > 0,, term yang kedua dan seterusnya relatif kecil dan dapat diabaikan sehingga persamaan /3.3/ sekarang menjadi : 4 α t ht hoe / 3.4 / π Dengan asumsi muka air tanah awal mempunyai bentuk parabola maka persamaan /3.4/ berubah menjadi persamaan /3.5/ (Dumm, 1960): h t α t 1,16ho e / 3.5/ Perbedaan antara persamaan /3.4/ dengan /3.5/ hanyalah perubahan faktor bentuk π KD (shape factor) dari 4/π 1,7 menjadi 1,16. Dengan substitusi nilai α pada µ persamaan /3.5/ dan selesaikan untuk nilai, maka: KDt π µ Persamaan ini disebut sebagai persamaan Glover-Dumm. Karena persamaan Glover-Dumm tidak memperhitungkan tahanan aliran radial menuju pipa yang tidak sampai menembus ke lapisan kedap, maka tebal aquifer D sering diganti dengan nilai kedalaman ekivalen d dari Hooghoudt. Sehingga persamaan /3./ menjadi : α dan persamaan /3.6/ menjadi : π Kd 1 ( hari ) µ / 3.7 / K d t π µ 1/ 1/ ho ln1,16 ht ho ln1,16 h t 1/ 1/ /3.6/ / 3.8/ Teknik Irigasi dan Drainase 4

25 5 Persamaan ini disebut sebagai persamaan Modifikasi Glover-Dumm. 3..Aplikasi Persamaan Glover-Dumm Persamaan Glover-Dumm sering digunakan untuk menghitung spasing drainase pada daerah irigasi. Untuk itu diperlukan data karakteristik tanah K, D dan µ, geometri drainase dan kriteria drainase. Dibandingkan dengan persamaan drainase steady-state, persamaan Glover-Dumm memerlukan kriteria penurunan air tanah dalam jangka waktu tertentu (h o /h t ) selain dari kriteria elevasi muka air tanah dan discharge. Perhitungan spasing drainase dari persamaan /3.8/ memerlukan metoda coba dan ralat, sebab kedalaman ekivalen d f(,d,µ) sehingga nilai tidak dapat diberikan secara eksplisit. Dengan bantuan Nomograf pada Gambar.9 prosedur coba-ralat dapat dihindarkan. Contoh 5 : Air irigasi diberikan setiap 10 hari. Kehilangan air terjadi karena perkolasi ke zone air tanah adalah 5 mm yang merupakan pengisian seketika, R i 0,05 m. Dengan porositas efektif µ 0,05 maka pengisian menyebabkan kenaikan muka air tanah sebesar h R i /µ 0,5 m. Maksimum tinggi muka air tanah yang diijinkan adalah 1 m di bawah permukaan tanah. evel drainase dipilih 1,8 m dari permukaan tanah, sehingga h o 1,8 1,0 0,8 m. Muka air tanah harus diturunkan sebesar h 0,5 m, selama 10 hari berikutnya dimana air irigasi akan diberikan lagi. H 10 h 0 - h 0,8 0,5 0,3 m. Jika kedalaman sampai lapisan kedap 9,5 m dari permukaan tanah dengan K 1 m/hari dan jari-jari pipa 10 cm, hitung spasing drainase? Dari informasi di atas kita mendapat data sebagai berikut : K 1,0 m/hari; h 10 0,3 m; D 7,7 m; t 10 hari; µ 0,05; ro 0,1 m; h 0 0,8 m. Dengan menggunakan persamaan /3.8/: π K d t µ 1/ ho ln1,16 h t 1/ 1,0 d 10 π 0,05 1/ 0,8 ln1,16 0,3 1/ 41,8 d meter Coba 1 : 80 m, dari Gambar.3, dengan D/u D/(π ro) 7,7/ (π x 0.1) 5 ; D 7,7 m; maka d 4,4 m. Substitusi 41,8 4,4 88 m > 80 m, maka harus diduga lebih besar dari 88 m. Coba : 100 m, dari Gambar.3 : d 4,8 m, 41,8 4,8 9 m < 100 m. Jadi harus diduga lebih kecil dari 9 m. Coba 3 : 90 m, dari Gambar.3: d 4,7 m; 41,8 4,7 90 m. Karena dugaan sama dengan hitungan, maka spasing drainase adalah 90 m. Penyelesaian dengan Nomograf pada Gambar.9 adalah sebagai berikut: Hitung persamaan /3.6/ untuk o, yang menggambarkan aliran horizontal untuk tidak-steady: 1,0 7,7 10 π 0,05 1 / 0,8 ln1,16 0,3 1 / 116 meter Teknik Irigasi dan Drainase 5

26 6 Tentukan C D ln (D/u) dari Gambar.9 dengan mengambil titik D 7,7 m pada sumbu bawah. Dengan menarik garis vertikal ke atas memotong kurva u π ro 0,3 m, dapat dibaca pada sumbu vertikal bahwa C 5 m. Maka: o - C m. Teknik Irigasi dan Drainase 6

27 7 4. DRAINASE BAWAH PERMUKAAN 4.1. Tipe Drainase apangan Drainase lapang (field drainage) adalah suatu sistim yang menerima air lebih langsung dari lahan pertanian dan menyalurkannya ke sistim drainase utama yang membuang air dari areal lahan pertanian. Sistem drainase utama harus memberikan suatu outlet yang bebas dan dapat diandalkan bagi pengeluaran air dari drainase lapang. Dalam suatu sistim drainase bawah-tanah dapat dibedakan 3 kategori drainase yakni lateral, kolektor, dan drainase utama. ateral biasa disebut juga drainase lapang (field drains), farm drains atau suction drains berfungsi selain untuk mengendalikan fluktuasi kedalaman air tanah di lahan pertanian juga berfungsi sebagai pengumpul aliran permukaan. Dari lateral air mengalir ke kolektor yang mengangkutnya ke drainase utama. Sistem drainase lapang dapat terdiri dari : (a) drainase terbuka dengan parit; (b) drainase mole, yakni lubang bawah-tanah; (c) drainase pipa, terbuat dari tanah liat, beton, atau plastik yang ditanam di bawah tanah. Apabila pipa-pipa lateral berakhir pada parit kolektor, maka sistim tersebut disebut sebagai sistim drainase pipa singular. Apabila kolektor juga terbuat dari pipa maka sistim tersebut disebut sistim drainase pipa komposit. Beberapa tipe penyusunan baik drainase pipa maupun drainase parit dapat dilihat pada Gambar Drainase Parit Prinsip dan Rancangan Dibandingkan dengan drainase pipa, drainase parit mempunyai beberapa keuntungan dan kerugian antara lain : Keuntungan : (a) Selain untuk membuang air tanah juga dapat berfungsi untuk membuang air permukaan; (b) Kemiringan saluran untuk mengalirkan air biasanya lebih kecil daripada kemiringan yang diperlukan pada drainase pipa. Umumnya untuk parit kemiringannya adalah sekitar 0,01 %, sedangkan untuk pipa sekitar 0,1 %.; (c) Memudahkan dalam pengawasan dan pemeliharaan. Kerugian : (a) Akan terjadi lahan yang tidak dapat diusahakan untuk pertanian karena adanya parit; (b) Pertumbuhan gulma dan pengendapan menyebabkan mahalnya biaya pemeliharaan;(c) ahan yang terpisah dengan adanya parit-parit, menyebabkan sukarnya pengoperasian alat-alat mekanis. Umumnya di daerah datar sistim drainase menggunakan pipa sebagai lateral dan parit sebagai kolektor. Sedangkan di daerah berlereng seluruh sistim drainase lapang baik lateral maupun kolektor terbuat dari pipa (sistim drainase pipa komposit). Akan tetapi dalam situasi berikut ini biasanya parit lebih sesuai untuk digunakan sebagai lateral : Apabila muka air tanah dapat dikendalikan dengan spasing lateral yang cukup lebar, sehingga petakan lahan yang terbentuk cukup luas tidak mengurangi efisiensi pemakaian alat mekanis. Situasi ini kemungkinan dapat terjadi pada tanah dengan hantaran hidrolik tinggi, Apabila drainase harus juga mampu mengangkut air permukaan, misalnya pada tanah dengan laju infiltrasi rendah atau di daerah dengan intensitas hujan yang tinggi, Teknik Irigasi dan Drainase 7

28 8 Apabila diinginkan percepatan proses pematangan pada tanah aluvial, yang baru direklamasi. Apabila hanya diinginkan muka air tanah yang dangkal, misalnya untuk padang rumput atau tanah gambut. 1 Gambar 4.1. Beberapa penyusunan sistim drainase pipa dan saluran terbuka 4... Spasing dan kedalaman Apabila parit digunakan sebagai lateral, maka perhitungan spasing dan kedalaman telah diberikan pada bab terdahulu. Untuk kolektor, spasing ditentukan oleh ukuran lahan atau panjang maksimum pipa drainase. Pada lahan datar dengan sistim pipa drainase singular, spasing parit biasanya antara m. Elevasi muka air di parit kolektor harus dipertahankan pada suatu kedalaman di bawah outlet dari pipa drainase (lateral) Dimensi Parit Perhitungan dimensi parit mengikuti rancangan saluran tidak berlapis dengan mengetahui parameter seperti elevasi muka air yang diinginkan, kapasitas debit dan tipe tanah. Kadang-kadang perhitungan dimensi parit menghasilkan suatu dimensi yang terlalu kecil sehingga dari segi konstruksi dan pemeliharaan sulit dikerjakan. Oleh karena itu biasanya ada suatu dimensi minimum yang ditinjau dari segi konstruksi dan 1 Muka air tanah terlalu dalam pada tanah gambut akan menyebabkan kekeringan dan mudah terbakar ihat Diktat Kuliah Rancangan Irigasi Gravitasi dan Drainase (TEP 43) Teknik Irigasi dan Drainase 8

29 9 pemeliharaan masih memungkinkan. Di Belanda dimensi tersebut seperti pada Gambar 4.. Gambar 4.. Penampang parit sebagai kolektor Keterangan : b : lebar dasar 0.5 m; y : kedalaman; elevasi dasar saluran sekitar 0,4 0,5 m di bawah pengeluaran pipa drainase, sehingga total kedalaman (Do) sekitar 1,40-1,80 m, kemiringan talud (vertikal : horizontal) biasanya 1 : ¾ untuk tanah liat sedang untuk tanah berpasir 1 : 1 atau 1 : 1.5.; p : talud (vertikal : horizontal) okasi okasi drainase parit dipengaruhi oleh pelbagai faktor, suatu kolektor sering digunakan juga sebagai pembatas antara pemilikan lahan. Akan tetapi apabila memungkinkan parit kolektor tersebut harus ditempatkan pada bagian terendah. Sehingga dengan demikian drainase bawah tanah dapat berfungsi dengan baik dan penggalian dilakukan dengan seminimum mungkin. ebih lanjut parit kolektor tersebut juga berfungsi sebagai outlet untuk aliran permukaan yang cenderung berakumulasi pada cekungan Konstruksi Penandaan lokasi parit Garis pusat rencana parit ditandai dengan patok-patok dimana puncak patok menunjukkan elevasi tanggul di atas dasar saluran (Gambar 4.3). ebar parit ditunjukkan dengan patok A dan B yang ditempatkan pada elevasi yang sama dengan C. Jarak antara A dan B adalah sedemikian rupa sehingga perpanjangan kemiringan talud memotong puncak tanggul di kedua titik tersebut. Titik P dan Q di mana kemiringan talud dimulai, dapat diukur dari patok A dan B berdasarkan sudut kemiringan talud. Jarak P - Q ini akan bertambah dengan semakin tingginya elevasi lahan, sehingga pada lahan bergelombang lebar P-Q akan bervariasi banyak Penggalian Parit dapat digali dengan berbagai metoda antara lain : (a) Dengan tenaga manusia; (b) Dengan "dragline" biasanya digunakan pada saluran utama; (c) Hydraulic excavators, biasanya dilengkapi dengan "profile bucket" yang mempunyai bentuk sesuai dengan bentuk saluran yang akan digali. Apabila penggalian akan dilakukan secara manual atau dengan dragline, suatu penggalian pertama sedalam sekitar 0 cm dibuat sesuai dengan kemiringan talud sepanjang saluran. Penggalian areal ini berfungsi sebagai suatu pedoman dalam penggalian selanjutnya. Apabila bekerja dengan hydraulic excavator penggalian areal tersebut biasanya tidak diperlukan. Dalam hal ini penandaan dengan kapur bubuk dilakukan sepanjang garis P 1 P P dan Q Q Q 3. Metoda lainnya adalah Teknik Irigasi dan Drainase 9

30 30 dengan merentangkan tali pada puncak patok A sepanjang garis A 1 A A 3 (dalam Gambar 4.3). Jika "bucket" menyentuh tali maka profil saluran yang sedang digali sudah benar. Tanah galian harus dibuang cukup jauh dari saluran yang telah digali yang kemudian digunakan untuk mengisi lahan-lahan yang lebih rendah. Apabila tanah galian ditumpuk didekat parit yang telah digali maka akan berakibat tanah galian tersebut akan mudah tercuci oleh hujan dan masuk kembali ke dalam parit, berat dari tumpukan tanah galian akan menyebabkan runtuhnya talud yang telah dibuat, pelaksanaan pemeliharaan saluran akan lebih sulit karena alat yang bergerak di puncak tanggul harus menjangkau dasar saluran lebih dalam. Gambar 4.3. Penandaan alignment pada saluran terbuka Teknik Irigasi dan Drainase 30

31 Pemeliharaan Pemeliharaan saluran dilakukan terhadap pertumbuhan gulma dan penumpukan endapan. Gulma dan endapan menyebabkan aliran air di saluran kolektor menjadi lebih lambat dan kemungkinan dapat menyebabkan elevasi muka air berada di atas elevasi outlet pipa lateral sehingga efektivitas drainase pipa lateral akan berkurang. Pemeliharaan saluran dapat dilakukan secara manual atau dengan mesin pembabad rumput Drainase Mole Prinsip dan Rancangan Mole adalah lubang saluran dalam tanah yang dibuat dengan suatu alat mole plough tanpa adanya galian. Metoda ini umumnya cocok untuk tanah liat berat dengan konduktivitas lambat. Tujuan utamanya bukan untuk mengendalikan kedalaman air tanah yang biasanya sudah cukup dalam, akan tetapi untuk membuang kelebihan air dari permukaan lahan atau dari lapisan olah yang semula membentuk suatu perched water table. Air mengalir ke mole melalui celah dan retakan-retakan yang terbentuk dalam pembuatan mole (Gambar 4.4). Umumnya efektifitas drainase mole ditentukan oleh berbagai faktor antara lain : (a) Sifat tanah yang menentukan stabilitas tanah; (b) Kondisi kelembaban tanah selama konstruksi alat dan metoda konstruksi yang digunakan; (c) Kecepatan aliran air dalam saluran mole;(d) aju pengendapan pada mole Kondisi tanah dan kesesuaian lapang Tanah harus mempunyai plastisitas tertentu supaya saluran mole dapat dibentuk dan harus cukup stabil supaya dapat bertahan cukup lama. Menurut (Theobald, 1963) kandungan liat minimum yang diperlukan adalah antara 5 % - 50 %; kandungan pasir tidak lebih dari 0 %. Metoda praktis untuk menguji kesesuaian tanah adalah sebagai berikut : Suatu contoh tanah dibentuk suatu bola dengan diameter sekitar 0 cm dan ditempatkan pada suatu wadah berisi air sehingga bola tanah tersebut terbenam. Apabila sesudah beberapa hari contoh tanah tersebut tidak hancur maka hal tersebut merupakan suatu indikasi bahwa drainase mole sesuai di daerah tersebut Topografi Karena mesin pembuat mole ini umumnya hanya dapat ditarik sejajar dengan permukaan lahan maka lahan harus mempunyai lereng yang seragam searah dengan lokasi outlet. Pada lahan yang datar atau topografi bergelombang metoda ini biasanya kurang sesuai Rancangan Setiap saluran mole mengangkut air ke suatu saluran terbuka. Untuk mencegah penyumbatan pada outlet tersebut, biasanya pada atau 3 m dari outlet saluran mole tersebut harus dilengkapi dengan pipa. Sering kali drainase pipa digunakan sebagai kolektor untuk mengangkut air dari saluran mole. Pada situasi ini drainase pipa (kolektor) pertama kali dipasang pada kedalaman sekitar 0-30 cm lebih dalam dari 3 Di Belanda secara manual dulu menggunakan rantai sabit yang ditarik oleh dua orang masing-masing dari tepi saluran Teknik Irigasi dan Drainase 31

32 3 mole. Kemudian suatu galian (trench) diurug dengan bahan porous (umumnya kerikil). Air dari saluran mole akan merembes melalui urugan dan masuk ke pipa kolektor (Gambar 4.5). Beberapa petunjuk dalam rancangan saluran mole adalah sebagai berikut : Spasing : untuk menjamin terbentuknya retakan di seluruh areal, umumnya spasing antara sampai 5 m Kedalaman : saluran mole harus cukup terlindung dari pengaruh beban mesin-mesin berat. Semakin dalam mole tersebut semakin terlindung, tetapi di lain pihak biaya instalasi juga semakin mahal. Dalam praktek biasanya kedalaman mole antara 45 cm sampai 60 cm Gradient atau kemiringan : kemiringan minimum antara 0,5 sampai 1 % dan maksimum antara 4-7 %. Karena umumnya mesin pembuat saluran mole tersebut hanya dapat menarik sejajar dengan permukaan lahan, maka kemungkinan tersebut di atas akan menentukan arah mole sesuai dengan kemiringan lahan yang ada; Panjang saluran mole : dalam kondisi yang memungkinkan panjang saluran mole dapat mencapai sejauh 00 m. Gambar 4.4. Retakan yang terbentuk pada drainase mole Gambar 4.5. Gabungan mole dengan pipa drainase. Teknik Irigasi dan Drainase 3

33 Konstruksi Mesin Bagian-bagian umum dari suatu mole plough adalah suatu silinder baja berujung tajam dengan diameter antara 5-10 cm yang biasanya di bagian belakang dilengkapi dengan suatu expander dengan diameter sedikit lebih besar dari mole (Gambar 4.6). Mole tersebut ditarik oleh suatu penyangga (blade) yang dihubungkan dengan tenaga penarik (traktor) melalui suatu beam. Panjang beam biasanya sekitar 3 meter Kondisi kerja selama konstruksi Hal yang penting adalah kondisi kelembaban tanah pada waktu konstruksi harus cukup lembab. Apabila terlalu basah, saluran mole terbentuk tanpa adanya celah-celah atau retakan-retakan yang diperlukan. Apabila terlalu kering retakan-retakan sekitar saluran mole akan menyebabkan mole yang terbentuk mudah runtuh kembali. Informasi yang tepat tentang kelembaban tanah yang paling sesuai sukar untuk ditentukan. Hal ini akan didapatkan dengan mencobanya di lapangan Rancangan Drainase Pipa Gambar 4.6. Mole plough Pendahuluan Dalam rancangan drainase pipa hal-hal di bawah ini harus ditentukan : Spasing dan kedalaman lateral yang merupakan faktor utama dalam pengendalian muka air tanah Diameter dan kemiringan pipa lateral dan kolektor. Tata letak lateral dan kolektor, harus disesuaikan dengan kondisi topografi Spasing dan kedalaman lateral Dasar teori dalam penentuan spasing dan kedalaman lateral telah diuraikan dalam Bab terdahulu. Secara teoritis semakin dalam pemasangan pipa, maka semakin lebar spasing antar pipa. Akan tetapi dalam praktek ada beberapa pembatas dalam penentuan kedalaman pipa yang dipasang yaitu : (a) Elevasi muka air yang dipertahankan pada saluran kolektor. (b) Terdapatnya lapisan tanah yang kurang sesuai yaitu dapat berupa lapisan kedap pada kedalaman yang dangkal dari permukaan tanah (c) Kedalaman yang dapat dicapai oleh mesin yang tersedia. Teknik Irigasi dan Drainase 33

34 34 (d) Apabila hantaran hidrolik lapisan tanah yang di bawah jauh lebih besar dari lapisan di atasnya, sehingga pemasangan pipa drainase pada lapisan dalam menyebabkan sedikit pengaruhnya terhadap penurunan muka air tanah di atasnya. Hal ini disebabkan karena sebagian air yang masuk ke dalam pipa drainase berasal dari lapisan di bawahnya. Perhitungan spasing pipa berdasarkan nilai hantaran hidrolik tanah akan menghasilkan spasing yang bervariasi di seluruh areal. Dalam prakteknya seluruh areal dibagi menjadi beberapa blok dengan spasing yang sama dan angka-angka spasing hasil perhitungan dibulatkan ke nilai spasing baku. Biasanya nilai spasing baku adalah 10 m, 15 m, 0 m, 5 m, 30 m, 40 m, 50 m, dan seterusnya Diameter dan Gradient (Rancangan Hidrolik) Rancangan hidrolik drainase di bawah tanah bertujuan untuk menjawab beberapa pertanyaan sebagai berikut : Berapa luas areal yang dapat didrainasekan oleh suatu pipa dengan diameter tertentu, pada kemiringan tertentu dengan mengasumsikan koefisien drainase tertentu pula? Berapa diameter pipa untuk panjang pipa, kemiringan, spasing dan koefisien drainase tertentu? Untuk menjawab pertanyaan tersebut harus dipelajari beberapa hal, yakni : Persamaan dasar aliran seragam untuk berbagai tipe pipa drainase (pipa tanah atau pipa plastik dan lain-lain). Persamaan aliran pada situasi tidak seragam (non uniform flow). Faktor pengaman (safety factor) untuk menanggulangi kemungkinan penurunan kapasitas karena sedimentasi. Suatu pipa drainase yang terdiri dari diameter yang bertambah pada arah aliran air Persamaan untuk Aliran Seragam Untuk aliran penuh dalam pipa persamaan umum adalah persamaan dari Darcy- Weisbach: 4 z λ V i / 4.1/ x d g dimana z: kehilangan hydraulic head (m); x: panjang pipa (m); d: diameter dalam (m); V: kecepatan aliran (m/dt); g: percepatan gravitasi (m/dt ); λ: faktor tahanan. Faktor tahanan λ tergantung pada tipe aliran (laminer atau turbulen) dan kekasaran dinding (kr) dan harus ditentukan melalui suatu percobaan. Gambar 4.7 merupakan plotting antara λ dengan bilangan Reynold pada kertas grafik logaritmik ganda. Bilangan Reynold didefinisikan sebagai: Vd Re / 4. / ν dimana, ν : viscositas kinematik cairan, untuk air pada suhu 10 0 C besarnya ν 1,31 x 10-6 m /detik. Untuk pipa halus (pipa tanah liat dan pipa plastik) telah didapatkan suatu 4 ihat Mekanika Fluida Teknik Irigasi dan Drainase 34

35 35 hubungan antara λ dengan Re sebagai berikut (Wesseling dan Homma, 1967; Blashyz, 1965 dan Treude, 1964). λ a Re 0,5 / 4.3/ dimana, a: suatu pengukur perubahan dari suatu garis lurus karena adanya ketidaktentuan yang terisolasi (misalnya sambungan pipa, lubang-lubang pada pipa). Untuk aliran penuh dalam pipa, debit dapat dinyatakan: Q π d 4 V / 4.4 / Substitusi persamaan /4./, /4.3/ dan /4.4/ ke dalam persamaan /4.1/ : i z x 6, a Q atau 1,75 d 4,75 / 4.5a / Q 30 a 0,57 d,71 i 0,57 / 4.5b / Gambar 4.7. Hubungan antara faktor tahanan (λ) dengan bilangan Reynold (Re). Untuk pipa halus pada kondisi lapang, nilai a 0,40 (Segeren dan Zuidema, 1966). Untuk pipa plastik bergelombang (corrugated ) tidak terdapat hubungan yang langsung antara λ dan R e. Wesseling dan Homma (1967) menyatakan bahwa aliran ini dapat diterangkan dengan memuaskan oleh rumus Manning : V k m R / 3 i 1/ / 4.6/ Teknik Irigasi dan Drainase 35

36 36 dimana, k m 70 (k m 1/n, dimana n: koefisien kekasaran Manning); R: jari-jari hidrolik ¼ d untuk aliran penuh. Dengan mengubah persamaan /4.6/ sesuai dengan format pada persamaan /4.5/ maka : 5,33,67 0,50 i 10,5 km Q d / 4.7a / atau Q 0,31 km d i / 4.7b / Persamaan /4.5/ dan /4.7/ digambarkan secara grafis pada Gambar 4.8. Persamaan aliran seragam dalam pipa dapat dinyatakan dengan persamaan umum : α β 1/ β α / β 1/ β i c d Q / 4.8a / atau Q c d i / 4.8b / dimana untuk pipa halus c 0,00107, α 4,745 dan β 1,748, sehingga : Q,741 0,57 50 d i sedangkan untuk pipa plastik bergelombang (corrugated) : c 0,00066, α 5,334 dan β, sehingga Q,667 0,5 d i Persamaan untuk aliran tidak seragam (non-uniform flow) Suatu pipa drainase menyedot air di seluruh panjang pipa tersebut, dengan demikian Q akan bertambah secara bertahap dari Q 0 pada sebelah hulu sampai Q q B pada outflow. Dimana q: spesific discharge (m/dt); B: lebar areal lahan yang didrainasekan oleh pipa tersebut (m) spasing drainase; : panjang pipa drainase (m). Tipe aliran ini disebut sebagai aliran tidak seragam (non-uniform flow). Karena debit aliran bertambah secara bertahap sepanjang arah aliran, maka hydraulic gradient juga bertambah (Gambar 4.9). Aliran dalam pipa diasumsikan penuh dan diletakkan horizontal (pada pembahasan selanjutnya akan dibahas untuk pipa miring). aju aliran Q x pada suatu jarak x dari sebelah hulu (Gambar 4.9) adalah sama dengan : Q x q B x / 4.9 / Substitusi persamaan /4.9/ ke persamaan /4.8a/ memberikan : i dz dx c d α β β ( qb) x / 4.10 / dengan menggunakan kondisi :z 0 untuk x 0 ; z H untuk x ; integrasi persamaan /4.10/ memberikan : H 1 α 1 c d β + 1 β β + ( qb) / 4.11/ dengan memperkenalkan suatu istilah rata-rata hidrolik gradient Teknik Irigasi dan Drainase 36

37 37 H i / 4.1 / dan mengingat Q q B adalah total debit dari pipa tersebut, maka persamaan /4.11/ dapat diubah menjadi i H 1 α β c d Q β + 1 / 4.13a / atau Q q B 1/ β 1/ β α / β 1/ β ( β + 1) c d i / 4.13b / nilai c, α dan β untuk pipa halus dan corrugated dapat dimasukkan ke persamaan /4.13/. Secara grafik persamaan tersebut dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.11 dan Gambar 4.1. Apabila dibandingkan antara persamaan aliran tidak seragam (persamaan 4.13) dengan aliran seragam (persamaan 4.8) maka : Pada outflow yang sama, rata-rata gradient i untuk aliran tidak seragam hanya 1/(β +1) 1/3 dari gradient i untuk aliran seragam (Gambar 4.13). Pada ujung sebelah hilir, gradient dari kedua aliran tersebut akan sama. Untuk gradient yang sama, debit pada aliran tidak seragam adalah ( β+1) 0,5 1,75 kali debit pada aliran seragam atau Q uniform 0,57 q non-uniform.../4.14/ Tabel 4.1 merupakan ringkasan aliran penuh dalam pipa. Tabel 4.1. Ringkasan persamaan aliran berlaku untuk aliran penuh dalam pipa Aliran seragam (transport) Persamaan Umum: z α i c.d Q x Q c 1 / β d Pipa Halus: α 4,75 β 1,75 β α / β 1/ β i i Q z x 6, a untuk a 0,40 Q Pipa Bergelombang: α β 5,333 Q Untuk k m 70 0,57 50 d i 10,5 k 0,31 k Q m d d d 4 a.d,714 0,57 i,714 0,57 m d i 5,33,667 0,5 i,667 0,5 i Q 4,75 Q 1,75 Q Aliran tak-seragam (dewatering) H 1 β + 1 α β i c.d Q i Q Q i Q qb 9, ,4 a 89 d 3,413 k 0,54 k 1/ β 1 / β α / β 1/ β ( β + 1) c d i 4 a d 0,57 d,714 0,57 i m m d d 4,75 Q 1,75,714 0,57 5,33 Q,667 0,5 i i Teknik Irigasi dan Drainase 37

38 38 Q 38 d,667 0,5 i Teknik Irigasi dan Drainase 38

39 39 Gambar 4.8. Diagram untuk penentuan kapasitas pipa Pipa Drainase Miring Persamaan pada Tabel 4.1 berlaku untuk aliran penuh dalam pipa horizontal, hydraulic gradient adalah merupakan juga kurva potensiometrik (Gambar 4.10). Apabila pipa Teknik Irigasi dan Drainase 39

40 40 drainase diletakan dengan kemiringan tertentu, situasi aliran tetap tidak berubah bila kemiringan tidak lebih dari rata-rata gradient (Gambar 4.14). Gambar 4.9. Kehilangan energi (z) pada aliran penuh pipa drainase sebagai fungsi dari jarak (x) dan kurva potensiometrik yang dihasilkan Gambar Potensiometrik yang terbentuk akibat dari tekanan lebih pada pipa drainase horizontal hubungannya dengan gradient hidraulik Prosedur Rancangan Dalam praktek rancangan, kemiringan pipa pertama kali diduga dengan suatu syarat bahwa pada debit rencana tidak akan terjadi tekanan lebih pada sebelah hulu (kemiringan pipa sama dengan rata-rata hidraulik gradient). Dengan demikian aliran Teknik Irigasi dan Drainase 40

41 41 pipa diasumsikan penuh pada seluruh panjang pipa dengan kata lain pipa berada pada kondisi kapasitas maksimum Faktor Pengaman Pada kenyataannya kemungkinan besar akan terjadi pengurangan kapasitas drainase pipa sebagai akibat dari pengendapan ataupun pelurusan yang kurang baik. Dengan demikian suatu faktor pengaman tertentu harus diambil dalam rancangan. Nilainya akan sangat tergantung pada kualitas pekerjaan instalasi, dugaan laju pengendapan dan intensitas pemeliharaan yang direncanakan. Pada Gambar 4.11 dan 4.1, dua alternatif diberikan yaitu pengurangan kapasitas 75% dan 60%. Pengurangan kapasitas yang lebih rendah (75%) direkomendasikan untuk diameter pipa yang lebih besar khususnya pada pipa kolektor yang tidak secara langsung mengambil air dari tanah. Untuk pipa lateral khususnya dengan diameter yang lebih kecil reduksi 60% direkomendasikan. Masalah-masalah praktis seperti di bawah ini dapat diselesaikan dengan bantuan Nomogram yakni: Penentuan diameter pipa yang diperlukan untuk kasus yang diberikan Penentuan luas areal maksimum yang dapat dilayani oleh pipa drainase dengan diameter tertentu Pada kondisi yang diberikan dapat ditetukan apakah tekanan lebih akan terjadi pada ujung sebelah hulu dan kalau ya sampai berapa jauh pengaruhnya? Contoh 6: Suatu rancangan drainase adalah sebagai berikut: spasing 30 m, panjang pipa 00 m, slope 0,10%, koefisien drainase 7 mm/hari. Sebagai faktor pengaman digunakan pengurangan kapasitas 60%. Pertanyaan: Berapa diameter pipa untuk (a) pipa halus dan (b) pipa plastik corrugated Jawaban: uas areal drainase yang dilayani oleh satu pipa adalah 30 x 00 m 0,6 ha (a) Untuk pipa halus: dari Gambar 4.11, didapatkan diameter antara 5-6 cm, diameter terbesar kita pilih yakni 6 cm (b) Untuk pipa plastik corrugated: Dari Gambar 4.1, didapatkan diameter antara 6-7 cm, maka dipilih diameter 7 cm. Contoh 7: Suatu sistem drainase pipa komposit dengan tipe gridiron dirancang di suatu lahan. ateral bergabung dengan kolektor dari dua sisi. Panjang lateral pada satu sisi 300 m dan pada sisi lainnya 00 m. Pipa kolektor dirancang pada slope 0,05%, koefisien drainase 5 mm/hari, reduksi kapasitas 75%. Pertanyaan: Tentukan panjang maksimum pipa kolektor apabila pipa beton akan digunakan dengan diameter dalam 0, 5 dan 30 cm (asumsikan diameter yang sama digunakan untuk seluruh pipa) Teknik Irigasi dan Drainase 41

42 4 Gambar Diagram untuk menentukan kapasitas pipa halus, dewatering, aliran penuh berdasarkan persaman dari Wesseling:,714 0,57 Q q. A q. B. 89 d i Teknik Irigasi dan Drainase 4

43 43 Gambar 4.1. Diagram untuk menentukan kapasitas pipa bergelombang, dewatering, aliran penuh berdasarkan persaman dari Manning:,667 0,5 Q q. A q. B. 38 d i Teknik Irigasi dan Drainase 43

44 44 Gambar Gradien hidrolik pada aliran penuh, pipa horizontal untuk aliran seragam dan tak-seragam Gambar Kemiringan pipa drainase yang berbeda dalam Jawab: i 0,05%; q 5 mm/hari. Dari Gambar 4.11 uas areal drainase adalah sebagai berikut: Diameter pipa (cm) uas drainase (ha) ebar areal yang didrainasekan oleh kolektor adalah 500 m, maka panjang maksimum kolektor untuk setiap ukuran diameter pipa adalah: Contoh 8: Diameter pipa (cm) Panjang maksimum (m) Teknik Irigasi dan Drainase 44

45 45 Suatu pipa drainase kolektor terbuat dari beton dengan diameter 5 cm, panjang 700 m dipasang dengan slope 0,05%, lebar areal drainase 500 m Pertanyaan: Asumsikan kapasitas kolektor dirancang pada 75% dan koefisien drainase terukur adalah 10 mm/hari. Apakah kemungkinan terjadi tekanan-lebih di ujung sebelah hulu kolektor? Jawab: uas areal drainase 700 x 500 m 35 ha. Dari Gambar 4.11 didapat i 0,16%, dikurangi dengan 0,05% slope pipa drainase terdapat kelebihan slope sebesar 0,11%. Tekanan-lebih adalah 700 x 0,11% 0,77 m. Kadang-kadang diperlukan untuk mengetahui kapasitas relatif pipa pada berbagai ukuran yang berbeda. Beberapa nilai tercantum pada Tabel 4.. Tabel 4.. Proporsi kapasitas untuk berbagai diameter pipa (berdasarkan persamaan 4.5b * ) *) Q Q 1 d d 1,71 Proporsi diameter Proporsi kapasitas 1,00 1,83 3,00 4,56 6,54 1,00, asumsi i konstan. Jika kapasitas suatu ukuran pipa telah ditentukan dari grafik, maka dengan menggunakan Tabel 4., dapat dengan mudah ditentukan kapasitas untuk berbagai diameter. Sebagai contoh: uas areal drainase untuk pipa diameter 0 cm dengan i 0,05%, q 5 mm/hari telah ditentukan sebesar 19 ha. Untuk menghitung kapasitas dengan diameter 5 cm dan 30 cm, dapat dilihat bahwa perbandingan diameternya adalah 4, 5 dan 6. Berdasarkan Tabel 4. luas areal drainase untuk diameter pipa 5 cm 1,83 x 19 ha 35 ha. Untuk pipa berdiameter 30 cm 3,0 x 19 ha 57 ha Pipa Drainase dengan Diameter Bertambah Pada prakteknya sudah biasa untuk memulai pipa drainase dari sebelah hulu (atas) dengan ukuran diameter yang lebih kecil, kemudian dirubah dengan diameter yang lebih besar sesudah jarak tertentu supaya mampu menampung pertambahan debit air yang harus diangkut. Hal ini biasanya dipakai pada pipa kolektor. Jika diasumsikan bahwa pipa kolektor pada contoh 3 akan dibuat terdiri dari pipa berdiameter 0, 5 dan 30 cm. Pada jarak berapa dari hulu ukuran diameter pipa tersebut berubah. Kondisinya harus tidak ada tekanan-lebih pada ujung sebelah hulu. Berdasarkan hasil perhitungan pada Contoh, maka besarnya head loss di sepanjang pipa kolektor dapat diplotkan seperti pada Gambar Secara kasar komposisi diameter pipa dapat dibuat sebagai berikut: m : diameter pipa 0 cm m : diameter pipa 5 cm m : diameter pipa 30 cm Teknik Irigasi dan Drainase 45

46 46 Akan tetapi situasi ini akan mengakibatkan head loss akan lebih besar dari 58 cm (ihat Gambar 4.15) Head loss 58 cm (1160 x 0,0005 m) akan terjadi apabila seluruh pipa berdiameter 30 cm. Karena aliran dalam keadaan penuh, maka penggantian pipa dengan diameter yang lebih kecil dari 30 cm menyebabkan terjadinya tekanan-lebih di sebelah hulu. Pada situasi ini akan terjadi head loss sebesar 96 cm dan ini berarti terjadi tekanan lebih sebesar 38 cm di sebelah hulu. Dari Gambar 4.15 dapat dilihat bahwa hydraulic gradient aktual didapat dengan mengkombinasikan kurva potensiometrik dari beberapa diameter dengan penggeseran vertikal sejajar dengan masing-masing kurva. Dari gambar tersebut jelas bahwa komposisi yang baik didapat apabila kurva potensiometrik tidak memotong rata-rata gradient (dalam hal ini diambil sama dengan slope pipa). Salah satu metoda adalah dengan membuat deretan kurva standar potensiometrik untuk masing-masing diameter dan buat suatu kombinasi pergeseran seperti pada Gambar Kita dapat juga secara praktis mengikuti prosedur sebagai berikut: Perubahan diameter: Dari 0 ke 5 cm, pada ¾ x 380 m 85 m Dari 5 ke 30 cm, pada ¾ x 700 m 55 m Dari 30 ke 35 cm, pada ¾ x 1160 m 870 m Gambar Kehilangan energi (head loss) pada pipa drainase dengan beberapa diameter Maka komposisi pipa sekarang menjadi: 0 85 m : pipa diameter 0 cm m : pipa diameter 5 cm m : pipa diameter 30 cm 870 (teoritis 1450) m : pipa diameter 35 cm Pada situasi tersebut seperti terlihat pada Gambar 4.15, rata-rata gradient 0,05% tidak akan terpotong. Teknik Irigasi dan Drainase 46

47 Tata etak Tipe dan Pola Sistim Drainase Pipa Dalam sistim singular masing-masing pipa drainase mempunyai outlet yang masuk ke parit kolektor. Dalam sistim komposit air dari pipa lateral masuk ke pipa kolektor. Pola pada sistim komposit dapat berbentuk tipe gridiron atau tipe herring-bone (tulang ikan). Sistim ini merupakan pola yang teratur yang cocok untuk lokasi yang homogen. Untuk mengeringkan lahan-lahan basah yang terisolasi dapat dilakukan dengan suatu sistim yang random (acak). Sistim ini biasa disebut sebagai sistim drainase pipa random (Gambar 4.17). Gambar Pola sistim pipa drainase komposit teratur Gambar Sistim drainase pipa random (acak) Pemilihan Sistim Pemilihan sistim tergantung pada berbagai faktor antara lain: Teknik Irigasi dan Drainase 47

48 48 Dengan sistim pipa komposit, areal yang luas dapat didrainasekan tanpa adanya saluran terbuka sehingga gangguan terhadap penggunaan alat-alat mekanis dapat dihindarkan Sistim singular mempunyai beberapa outlet yang masuk ke dalam suatu saluran terbuka Jika dalam sistim komposit terjadi penyumbatan di suatu tempat, maka hal ini dapat mengakibatkan areal yang terpengeruh akan lebih luas daripada sistim singular. Dalam beberapa hal suatu jaringan saluran terbuka lebih diinginkan untuk menampung aliran permukaan Pipa kolektor memerlukan kemiringan yang lebih besar daripada parit kolektor. Biaya investasi pipa kolektor umumnya lebih besar dibandingkan dengan parit kolektor Secara umum dalam jangka panjang ada kecenderungan sistim komposit lebih murah dari pada sistim singular. Berdasarkan hal tersebut di atas dapat disimpulkan bahwa apabila tersedia head yang cukup maka sistim komposit lebih sesuai. Dengan demikian pada lahan berlereng umumnya digunakan sistim komposit. Makin besar lerengnya, maka areal yang dapat didrainasekan oleh sistim dengan satu outlet akan semakin luas. Pada lahan datar umumnya sistim singular lebih sesuai okasi pipa drainase Apabila arah aliran air tanah dapat diketahui dengan jelas, maka lateral harus ditempatkan tegak lurus arah aliran tersebut sehingga mampu menyadap (intercept) aliran secara efektif. Pada lahan datar atau hampir datar, lateral dipasang arah lereng utama (apabila ada) dengan demikian kedalaman pipa akan seragam di seluruh areal Bahan Material dan Bangunan Untuk Drainase Pipa Pipa Drainase Bahan utama yang digunakan adalah tanah liat, beton dan plastik Pipa tanah liat Pipa tanah liat bisanya terbuat dengan panjang sekitar 30 cm, diameter dalam bervariasi dari 5 15 cm. Pipa dapat dibuat lurus atau dengan suatu collar. Air masuk ke dalam pipa melaui celah antar sambungan pipa Pipa beton Pipa beton biasanya digunakan untuk diameter yang lebih besar dari 15 atau 0 cm. Penggunaan pipa beton pada tanah asam dan bersulfat perlu dipertimbangkan akan kemungkinan rusaknya beton karena asam sulfat, sehingga perlu digunakan semen yang tahan sulfat. Seperti juga pada pipa tanah liat, disini air masuk melalui celahcelah antar sambungan pipa Pipa plastik Bahan plastik yang umumnya digunakan untuk pipa drainase adalah polyvinyl chlorida (PVC) dan polyethylene (PE). Pipa plastik dapat berbentuk pipa halus atau bergelombang (corrugated). Pipa halus bersifat kaku dengan panjang tidak lebih dari 5 meter, sedangkan pipa bergelombang bersifat fleksibel (lentur) dan dapat digulung. Panjang gulungan pipa bergelombang biasanya sekitar 00 meter untuk diameter 5 cm dan 100 m untuk diameter 10 cm. Teknik Irigasi dan Drainase 48

49 49 Dibandingkan dengan pipa halus, pipa bergelombang mempunyai beberapa keuntungan antara lain memerlukan bahan plastik yang lebih sedikit per unit panjang, lebih tahan terhadap tekanan luar, karena fleksibel maka hanya tipe pipa ini yang dapat digunakan pada drainase tanpa gali. Kerugian adalah koefisien kekasarannya lebih besar sehingga diperlukan diameter lebih besar untuk mengalirkan sejumlah air yang sama daripada pipa halus. Pada pipa plastik ini air masuk melalui lubang-lubang kecil di permukaan pipa. Beberapa data spesifik dari pipa plastik halus dan bergelombang tercantum pada Tabel 4.3. Tabel 4.3. Data spesifik pipa halus dan bergelombang Diameter luar (mm) Tebal dinding (mm) Berat per meter (gr/m) Pipa Halus 40 0, , , ,00 110,0 15,50 Perporasi ubang (5x0,6) mm, 40 lubang per meter, Total area inflow 600 mm /m pipa Pipa Bergelombang Diameter bagian dalam 75-80% dari pipa 10-1% lebih kecil PVC halus dengan daripada diameter luar diameter luar yang sama ubang (1x1) mm, (1x4) mm, total area inflow antara mm per meter pipa Bahan penutup (cover materials) Bahan penutup diperlukan dengan dua tujuan: (a) memfasilitasi aliran air ke pipa drainase (fungsi penghantar air); (b) mencegah masuknya partikel tanah ke dalam pipa (fungsi penyaringan). Bahan penutup dapat digunakan dengan berbagai cara: (a) dalam bentuk curah (bulk) disebar merata di atas pipa drainase setelah pipa terpasang; (b) dalam bentuk lembaran (sheet) atau tikar (mats) diletakkan dalam roll pada mesin drainase, (c) sebagai lapisan pembungkus atau selubung pada pipa (pre-enveloped drain pipes). Sebagai bahan penutup dalam bentuk curah biasanya tanah gambut, kerikil, jerami, bahan sintetik misalnya polystyrene. Dalam bentuk roll adalah thin glass fibre sheet. Pipa drainase yang berfilter (pre-envelope) digunakan untuk pipa plastik baik yang halus maupun yang corrugated. Bahan yang digunakan sebagai pembungkus adalah: (a) fibre glass, nylon tissue atau bahan sintetik lainnya; (b) mats dengan tebal 1- cm dari jerami, tanah gambut, sabut kelapa dan lainnya Konstruksi Sistem Drainase Pipa Metoda Konstruksi Prosedur yang biasanya dipakai dalan konstruksi sistim drainase pipa adalah: Menggali trench pada kedalaman dan slope yang diperlukan Memasang pipa dalam trench, tanpa atau dengan bahan penutup Teknik Irigasi dan Drainase 49

50 50 Mengurug trench dengan tanah galian Konstruksi dapat menggunakan tenaga manusia secara manual maupun dengan mesin Pemasangan dengan Tenaga Manusia Galian biasanya dibuat selebar cm dengan kedalaman 0,50 m. Kemudian dengan bermula dari galian ini penggalian diteruskan lebih dalam dengan lebar yang lebih sempit (Gambar 4.0). Peralatan yang biasa dipakai dapat dilihat pada Gambar Mesin Gali (excavating machine) Terdapat dua jenis mesin gali yang biasa digunakan dalam drainase yaitu: (a) Mesin gali kontinyu (continous excavating machine). Penggalian dilakukan dengan revolving digging machine atau rantai berpisau (Gambar 4.1). Umumnya mesinmesin ini menggali pada suatu kedalaman dan kemiringan tertentu dan mempunyai perlengkapan tambahan untuk pemasangan pipa dan pengurugan bahan penutup. (b) Back-acting excavators (Gambar 4.). Apabila menggunakan alat ini, maka penyelesaian akhir harus dilakukan dengan tenaga manusia. Alat ini cocok untuk tanah berbatu. Biasanya alat ini dipakai sebagai pengganti apabila harus membuang batu atau penghalang lainnya yang menyebabkan alat yang pertama tidak dapat bekerja. Juga sering digunakan untuk menggali dimana akan dipasang pipa kolektor dengan ukuran besar. Berikut ini adalah beberapa data teknis tentang mesin gali kontinyu yang biasa digunakan dalam proyek drainase di Belanda dan Eropah. Mesin umumnya bekerja pada tracks. ebar tracks umumnya dapat diatur. Untuk transportasi di jalan lebar tracks biasanya,5 m, untuk di lapangan maksimum sampai 3, 5,0 m ebar trench: ukuran standar 0-5 cm, trench yang lebih lebar sampai cm masih memungkinkan dengan mengganti rantai pisau Kedalaman galian maksimum: standar cm. Beberapa mesin dapat lebih dalam lagi sampai,5 m. Engine: HP. Beberapa mesin mempunyai dua engine, untuk gali 100 HP dan untuk menarik 50 HP Pengaturan kedalaman dengan sistim hidrolik dimana operator mempertahankan garis pandang sesuai dengan kedalaman yang diinginkan melalui patok-patok pembantu sepanjang garis operasi. Perkembangan terbaru dilengkapi dengan sinar laser Bobot total 7 1 ton Ground pressure tergantung pada ukuran track berkisar antara 0,0 0,30 kg/cm Kecepatan kerja sampai 1000 m pipa per jam Output netto tergantung pada kedalaman, tipe tanah, kondisi cuaca, panjang lintasan pipa dan ukuran lahan. Untuk kedalaman 1 1, m pada tanah marine dengan kandungan liat sekitar 5%, output netto yang wajar antara m/jam, sedangkan yang baik adalah sekitar 600 m/jam Trenchless Pipe Drainage (TPD) Teknik TPD dikembangkan berdasarkan prinsip drainase mole sejak tahun Prinsip kerja TPD dapat dilihat pada Gambar 4.3, dimana mesin menarik pisau atau blade hampir sama seperti yang digunakan pada mole plough atau sub-soiler. Pipa plasik Teknik Irigasi dan Drainase 50

51 51 bergelombang diletakkan di dasar trench melalui atau di belakang blade. Terdapat berbagai tipe blade yang berbeda yang menentukan apakah tanah akan terdorong ke samping atau terangkat ke atas. Apabila tanah terdorong ke samping kemungkinan akan terjadi pemadatan yang dapat mengurangi fungsi drainase pipa. Bentuk blade yang menyebabkan tanah terangkat akan lebih baik. Beberapa keuntungan dari TPD adalah: Mesin relatif sederhana tanpa adanya gerak putar dalam penggalian Traktor dapat digunakan untuk tujuan lainnya di luar drainase Kecepatan kerja dan output netto lebih tinggi daripada mesin lainnya. Pada kedalaman 1 m, kecepatan kerja sekitar,5 km/jam dengan output netto sampai m/jam Kerugian: Diperlukan tenaga tarik yang besar. Makin berpasir tanahnya maka tenaga yang diperlukan semakin besar Pemadatan tanah terjadi di sekitar pipa drainase Teknik Irigasi dan Drainase 51

52 5 Gambar Penandaan alignments dan penyipat datar Teknik Irigasi dan Drainase 5

53 53 Gambar Beberapa peralatan yang digunakan untuk pemasangan pipa drainase secara manual Gambar 4.0. Penggalian suatu trench secara manual Teknik Irigasi dan Drainase 53

54 54 Gambar 4.1. Mesin penggali kontinyu dan prinsip pengaturan kedalaman Teknik Irigasi dan Drainase 54

55 55 Gambar 4.. Back-acting trench excavator Gambar 4.3. Instalasi pipa drainase tanpa galian Teknik Irigasi dan Drainase 55

56 56 Foto Pemasangan pipa drainase dengan mesin di Belanda Foto Drainase lahan gambut untuk Kelapa di Guntung Riau Teknik Irigasi dan Drainase 56