Permeabilitas tanah adalah tanah yang dapat menunjukan kemampuan tanah meloloskan air. Tanah dengan permeabilitas tinggi dapat menaikan nilai infiltrasi sehingga menurunkan laju alir larian.
15
Pada ilmu tanah, permeabilitas didefinisikan secara kualitatif sebagai pengurangan gas-gas, cairan-cairan atau penetrasi akar tanaman. Selain itu permeabilitas juga merupakan pengukuran hantaran hidraulik tanah. Hantaran hidraulik tanah timbul adanya pori kapiler yang saling bersambungan antara satu dengan yang lain. Secara kuantitatif hantaran hidraulik jenuh dapat diartikan sebagai kecepatan bergeraknya suatu cairan adalah air dan media pori adalah tanah. Penetapan hantaran hdraulik didasarkan pada hukum Darcy (1856).
Hukum Darcy (1856) menjelaskan tentang kemampuan air mengalir pada rongga-rongga (pori-pori) dalam tanah dan sifat-sifat yang mempengaruhinya. Ada dua asumsi utama yang digunakan dalam penetapan Hukum Darcy ini. Asusmsi pertama menyatakan bahwa aliran fluida/cairan dalam tanah bersifat laminar. Sedangkan asumsi kedua menyatakan bahwa tanah berada dalam keadaan jenuh (http://www.anneahira.com/permeabilitas-tanah.htm).
Menurut Darcy (1856), kecepatan aliran air di dalam tanah dinyatakan dengan persamaan :
V = k . I
………(1)
dengan :
v = kecepatan aliran (m/s atau cm/s) k = koefisien permeabilitas
I = gradient hidraulik Lalu telah diketahui bahwa
16
dengan :
Q = debit konstan, air yang dituangkan ke dalam sumur uji (cm3/dt) A = luas penampang aliran (m² atau cm²)
t = waktu tempuh fluida sepanjang L (s/detik)
∆h = selisih ketinggian (m atau cm)
L = panjang daerah yang dilewati aliran (m atau cm)
F. Permeabilitas
Pemeabilitas adalah kemampuan fluida untuk mengalir melalui medium yang berpori adalah suatu sifat teknis yang disebut permeabilitas (Bowles, 1991). Wesley (1973) menyatakan bahwa permeabilitas atau daya rembes adalah kemampuan tanah untuk dapat melewatkan air. Air yang mengalir dalam tanah hampir selalu berjalan linier yaitu jalan atau garis yang ditempuh air merupakan garis dengan bentuk garis yang teratur (smooth curve). Permeabilitas diartikan sebagai kecepatan bergeraknya suatu cairan pada media berpori dalam keadaan jenuh, atau didefinisikan juga sebagai kecepatan air untuk menembus tanah pada periode waktu tertentu yang dinyatakan dalam cm/jam (Baver, 1969). Permeabilitas juga didefinisikan sebagai sifat bahan yang memungkinkan aliran rembesan dari cairan yang berupa air atau minyak mengalir lewat rongga pori. Pori-pori tanah saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya. Sehingga air dapat mengalir dari titik yang mempunyai tinggi energi lebih tinggi ke titik dengan energi yang lebih rendah. Untuk tanah permeabilitas dilukiskan sebagai sifat tanah yang menggambarkan bagaimana air mengalir melalui tanah.
17
Di dalam tanah, sifat aliran mungkin laminer atau turbulen. Tahanan terhadap aliran bergantung pada jenis tanah, ukuran butiran, bentuk butiran, rapat masa serta bentuk geometri rongga pori. Temperatur juga sangat mempengaruhi tahanan aliran (kekentalan dan tegangan permukaan).
Walaupun secara teoritis, semua jenis tanah lebih atau kurang mempunyai rongga pori, dalam praktek, istilah mudah meloloskan air (permeable) ditujukan untuk tanah yang memang benar-benar mempunyai sifat meloloskan air. Sebaliknya, tanah disebut kedap air (impermeable), bila tanah tersebut mempunyai kemampuan meloloskan air yang sangat kecil (Hardiyatmo, 1992).
Satuan permeabilitas adalah m². Pada umumnya pada reservoir panas bumi, permeabilitas vertikal berkisar antara 10 - 14 m², dengan permeabilitas horizontal dapat mencapai 10 kali lebih besar dari permeabilitas vertikalnya (sekitar 10 - 13 m²). Satuan permeabilitas yang umum digunakan di dunia perminyakan adalah Darcy (1 Darcy = 10 - 12 m²) (http://www.anneahira.com/permeabilitas-tanah.html).
Permeabilitas tanah bergantung pada ukuran butiran tanah. Karena butiran tanah lempung berukuran kecil, kemampuan meloloskan air juga kecil. Dalam praktik, tanah lempung dianggap sebagai lapisan yang tak lolos air atau kedap air, karena pada kenyataannya permeabilitasnya lebih kecil daripada beton. Tanah granuler merupakan tanah dengan permeabilitas yang relatif besar hingga sering digunakan sebagai bahan filter. Namun, akibat permeabilitas yang besar, tanah ini menyulitkan pekerjaan galian tanah pondasi yang dipengaruhi air tanah, karena tebing galian menjadi mudah longsor. Lagi pula,
18
aliran yang terlalu cepat dapat merusak struktur tanah dengan menimbulkan rongga-rongga yang dapat mengakibatkan penurunan pondasi (Hardiyatmo, 2001).
Permeabilitas suatu massa tanah penting untuk :
1. Mengevaluasi jumlah rembesan (seepage) yang melalui bendungan dan tanggul sampai ke sumur air.
2. Mengevaluasi gaya angkat atau gaya rembesan di bawah struktur hidrolik untuk analisis stabilitas.
3. Menyediakan kontrol terhadap kecepatan rembesan sehingga partikel tanah berbutir halus tidak tererosi dari massa tanah.
4. Studi mengenali laju penurunan (konsolidasi) dimana perubahan volume tanah terjadi pada saat air tersingkir dari rongga tanah pada saat proses terjadi pada suatu gradien energi tertentu.
5. Mengendalikan rembesan dari tempat penimbunan bahan-bahan limbah dan cairan-cairan sisa yang mungkin berbahaya bagi manusia.
1. Koefisien Permeabilitas
Hukum Darcy menunjukkan bahwa permeabilitas tanah ditentukan oleh koefisien permeabilitasnya. Koefisien permeabilitas tanah bergantung pada beberapa faktor (http://www.anneahira.com/permeabilitas-tanah.htm). Setidaknya ada enam faktor utama yang mempengaruhi permeabilitas tanah, yaitu :
1. Visikositas cairan, semakin tinggi viskositasnya, koefisien permeabilitas tanahnya semakin kecil.
19
2. Distribusi ukuran pori, semakin merata distribusi ukuran porinya, koefisien permeabilitasnya cenderung semakin kecil.
3. Distribusi ukuran butiran, semakin merata distribusi ukuran butirannya, koefisien permeabilitasnya cenderung semakin kecil.
4. Rasio kekosongan (void), semakin besar rasio kekosongannya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi.
5. Semakin besar partikel mineralnya, semaik kasar partikel mineralnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi.
6. Derajat kejenuhan tanah. semakin jenuh tanahnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi.
Beberapa nilai koefisien permeabilitas tanah diberikan dalam tabel 2.4. Tabel 2.4. Nilai - Nilai Koefisien Permeabilitas Tanah Pada Umumnya
Jenis Tanah k cm/dt ft/menit Kerikil bersih Pasir kasar Pasir halus Lanau Lempung 1,0 – 100 1,0 – 0,01 0,01 – 0,001 0,001 – 0,00001 < 0,000001 2,0 – 200 2,0 – 0,02 0,02 – 0,002 0,002 – 0,00002 < 0,000002 Sumber : Das, 1988
Koefisien permeabilitas dapat ditentukan secara langsung di lapangan ataupun dengan cara lebih dahulu mengambil contoh tanah di lapangan dengan menggunakan tabung contoh kemudian diuji di laboratorium
20
2. Garis Aliran
Aliran air lewat suatu kolom tanah diperlihatkan dalam Gambar 2.1. Masing-masing partikel air bergerak dari ketinggian A ke ketinggian B yang lebih rendah, mengikuti lintasan yang berkelok-kelok (ruang pori) diantara butiran padatnya .
Kecepatan air bervariasi dari titik ke titik tergantung dari ukuran dan konfigurasi pori. Akan tetapi, dalam praktek, tanah dapat dianggap sebagai satu kesatuan. Tiap partikel air dianggap melewati sepanjang lintasan lurus yang disebut garis aliran. (Gambar 2.1).
Gambar 2.1. Garis Aliran
G. Pemadatan (Compaction)
Pemadatan tanah adalah suatu proses dimana udara dari pori-pori dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis. Cara mekanis yang dipakai untuk memadatkan tanah dapat bermacam-macam, antara lain dengan cara menggali atau mencangkul. Untuk setiap daya pemadatan tertentu kepadatan yang
21
tercapai tergantung pada kadar airnya. Bila kadar air rendah maka tanah akan keras atau kaku sehingga sulit dipadatkan. Bila kadar air ditambah maka air itu akan berfungsi sebagai pelumas sehingga tanah akan semakin mudah dipadatkan. Pada kadar air tinggi kepadatannya akan menurun karena pori-pori tanah menjadi penuh terisi oleh air yang tidak dapat dikeluarkan dengan cara memadatkan. Pemadatan tanah biasanya diukur (dinilai) dengan angka pori dan lebih tinggi derajat kepadatannya. Jadi untuk menentukan kadar air optimum biasanya dibuat grafik berat kering terhadap kadar air (Wesley, 1973).
Menurut Terzaghi dan Peck (1987) tingkat pemadatan tertinggi diperoleh apabila kadar air mempunyai suatu nilai tertentu yang disebut kadar kelembaban optimum (optimum moisture content). Prosedur untuk mempertahankan agar kadar air mendekati nilai optimumnya selama pemadatan timbunan dikenal sebagai kontrol kadar kelembaban (moisture content control). Pengujian pemadatan di laboratorium dapat dilakukan dengan beberapa metode yang didasarkan pada perbedaan cara pelaksanaan pemadatannya antara lain adalah (Sosrodarsono dan Takeda, 1977) :
a. Pemadatan tumbuk yaitu dengan menjatuhkan sebuah penumbuk di atas contoh bahan.
b. Pemadatan tekan yaitu pemadatan yang didasarkan pada prinsip pengoperasian pada contoh bahan dengan dongkrak hidrolis.
c. Pemadatan getar yaitu pemadatan yang menggunakan daya getaran mesin vibrasi.
22
Pemadatan tanah terjadi bila proses mekanis yang menyebabkan partikel tanah semakin mendekat. Hal-hal yang mempengaruhi pemadatan tanah adalah kadar air (water content), keragaman ukuran butiran tanah (distribution of soil particles) dan macam usaha pemadatan (compactive effort) (Lambe, 1951 dalam Koga, 1991).
1. Pemadatan di Laboratorium
Pemadatan di laboratorium adalah suatu jenis tes pemadatan tanah yang dilakukan di laboratorium. Ada 2 macam tes pemadatan tanah secara laboratorium yaitu Proctor Standart Test dan Proctor Modified Test. Prinsip-Prinsip Pemadatan Laboratorium.
1. Tes Pemadatan Proctor Standart
Cetakan Standart Proctor test berdiameter 10,16cm (4 inchi) dan tinggi 11,643 cm (4,584 inchi). Cetakan tersebut terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian bawah mempunyai pelat dasar yang dapat dipasang pada dasar cetakan, dan mempunyai silinder perpanjangan (extension) yang bisa disambung dengan bagian atas dari cetakan. Volume dalam cetakan untuk Proctor Standart (bagian bawah cetakan) adalah 943,94 cm3, berat palu penumbuk 2,5 kg, penumbuk dapat diangkat dan dijatuhkan dari ketinggian 30,48 cm (12 inchi). Sedangkan Modified Proctor mempunyai volume cetakan yang sama dengan Proctor Standart, berat palu penumbuk 4,54 kg (10 lb), tinggi jatuh penumbuk sebesar 45,72 cm (18 inchi). Pada percobaan pemadatan Proctor Standart, untuk setiap kali percobaan tanah selalu dibagi dalam 3 lapisan dengan jumlah tumbukan 25x untuk setiap lapisan. Sedangkan pada Modified Proctor, pemadatan dilakukan dalam 5
23
lapisan dan jumlah tumbukan perlapisan sebanyak 25x. Tes pemadatan dilakukan minimal 6x, dengan kondisi 3 benda uji di bawah kadar air optimum dan 3 benda uji di atas kadar air optimum. Dari setiap percobaan yang dilakukan akan didapatkan harga berat volume kering (gd) dan kadar air (wc).
2. Menentukan Tingkat Pemadatan suatu Tanah
Tingkat pemadatan suatu tanah di laboratorium diukur berdasarkan dari berat volume kering tanah yang dipadatkan (gdmax), dan harga kadar air optimum (wcopt) dari tanah yang di tes. Menentukan harga gmax didapatkan dari grafik antara kadar air (wc) dengan berat volume kering (gd).
H. Model
Model dapat merupakan tiruan dari suatu benda, sistem atau kejadian yang sesungguhnya yang hanya berisi informasi- informasi yang dianggap penting untuk dikaji. Model dari sebuah sistem adalah alat yang kita gunakan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tentang sistem tanpa harus melakukan percobaan.
Model dapat terbagi menjadi model fisik dan model matematik. Model fisik ini meniru kejadian sebenarnya dengan skala yang lebih kecil. Contoh model fisik dalam dunia teknik ialah model fisik pelimpah, bendungan dan sebagainya. Model matematik menirukan sifat atau karakter suatu feomena dengan persamaan matematik.
24
Dalam dunia engineering kedua model ini masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan, adapun perbandingan kedua model tersebut dapat dilihat dari Tabel 4.
25
Tabel 2.5. Perbandingan antara Model Matematik dan Model Fisik
Model Fisik Model Matematik/ Numerik
Kerugian
• Memerlukan ruangan yang besar • Parameter belum tentu
mudah diperoleh dan ditirukan karena berbagai keterbatasan • Lama pembuatannya
• Sulit mengamati dan mengontrol • Tidak mudah diubah/ revisi • Membutuhkan banyak tenaga kerja • Mahal
Keuntungan • Real time model
• Kesalahan, kekurangan, kejanggalan dapat segera dilihat dan diperbaiki
• Kondisi aliran yang paling rumit dan sulit dapat dimodelkan
• Model lebih mudah dipahami oleh awam
Keuntungan
• Ruangan kecil, hanya perlu komputer
• Mudah menyesuaikan parameter seperti tinggi gelombang, dll • Pembuatan relatif singkat • Mudah dikontrol dan diamati
• Mudah dibuah dan direvisi
• Tidak membutuhkan tenaga banyak
• Murah
Kerugian
• Biasanya tidak real time • Kesalahan, kekurangan,
kejanggalan kadang tidak terlihat • Perlu persamaan pengatur
yang belum tentu ada belum tentu dapat diselesaikan
• Model sulit dipahami tetapi hasil simulasi dapat ditampilkan untuk mempermudah pemahaman
Sumber :Triatmadja R., 2009
I. Tanggul
Sosrodarsono dan Takeda (1977) menyatakan bahwa tanggul adalah bendungan urugan homogen, karena bahan yang membentuk tubuh tanggul terdiridari tanah yang hampir sejenis dan gradasinya (susunan ukuran butiran
26
tanah)hampir seragam. Tanggul saluran adalah tanggul tanah yang berfungsi untuk menahan aliran air dan menyangga permukaan air sehingga air yang masuk ke saluran dapat dikendalikan. Apabila garis rembesan memotong lereng hilir suatu tanggul, maka akan terjadi aliran-aliran filtrasi keluar menuju permukaan lereng tersebut dan terlihat gejala keruntuhan atau kelongsoran kecil pada permukaan lereng hilir. Tanggul selalu menghadapi masalah stabilitas tubuh tanggul.
Hal ini disebabkan karena hampir seluruh tubuh tanggul terletak di bawah garis rembesan (seepage line). Tubuh tanggul selalu dalam kondisi jenuh, sehingga daya dukung, kekuatan geser tanah serta sudut geser alamiahnya menurun pada tingkat yang paling rendah. Semakin rendah garis rembesan di hilir tubuh tanggul, maka ketahanannya terhadap gejala kelongsoran akan meningkat dan stabilitas tanggul akan meningkat pula.
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.
Menurut DPU (1986), rembesan terjadi apabila tubuh tanggul harus mengatasi beda tinggi muka air dan jika aliran yang diakibatkannya meresap masuk ke dalam tanah di sekitar tanggul. Aliran ini mempunyai pengaruh
27
yang merusakkan stabilitas tanggul karena terangkutnya bahan-bahan halus dapat menyebabkan erosi bawah tanah. Jika erosi bawah tanah sudah terjadi, maka terbentuk jalur rembesan antara bagian hulu dan bagian hilir tanggul. Keadaan ini akan mengakibatkan kerusakan sebagai akibat terkikisnya tanah pondasi.
1. Dimensi Tanggul
DPU (1986) menyatakan dimensi tanggul adalah sebagai berikut :
a. Tinggi tanggul (Hd)
Tinggi tanggul adalah beda tinggi tegak antara puncak dan bagian bawah dari pondasi tanggul. Permukaan pondasi adalah dasar dinding kedap air atau dasar zona kedap air. Apabila pada tanggul tidak terdapat dinding atau zona kedap air, maka yang dianggap permukaan pondasi adalah garis perpotongan antara bidang vertikal yang melalui tepi hulu mercu tanggul dengan permukaan pondasi alas tanggul tersebut. Mercu adalah bidang teratas dari suatu tanggul yang tidak dilalui oleh luapan air dari saluran.
b. Tinggi Jagaan (Free board) (Hf)
Tinggi jagaan adalah perbedaan antara elevasi permukaan maksimum rencana air dalam saluran dengan elevasi tanggul. Elevasi permukaan rencana merupakan elevasi banjir rencana saluran. Elevasi permukaan air penuh normal atau elevasi permukaan banjir rencana, dalam keadaan demikian yang disebut elevasi permukaan air maksimum rencana adalah elevasi yang paling tinggi yang diperkirakan akan dicapai oleh permukaan air saluran tersebut.
28
c. Kemiringan Lereng (Talud)
Kemiringan rata-rata lereng tanggul (hulu dan hilir) adalah perbandingan antara panjang garis vertikal yang melalui puncak dan panjang garis horizontal yang melalui tumit masing-masing lereng tersebut (Perwira, 2004). Nilai kemiringan talud untuk tanggul tanah homogen tertera pada Tabel 3.
Tabel 2.6. Kemiringan Talud Yang Dianjurkan Untuk Tanggul Tanah Homogen
Klasifikasi tanah *) Kemiringan sungai
Kemiringan talud tanah GW, GP, SW, SP
Lulus air, tidak dianjurkan
GC, GM, SC, SM 1 : 2.5 1 : 2
CL, ML 1 : 3 1 : 2.5
CH, MH 1 : 3.5 1 : 2.5
Sumber : DPU (1986)
*) Menurut The Unified Soil Classification System Ket : G : (gravel = kerikil) S : (sand = pasir) C : (clay = lempung) M : (silt = lanau) L : (plastisitas rendah) H : (plastisitas tinggi) W : (gradasi baik) P : (gradasi tidak baik)
29