Tabel 11. Debit inlet pada model tanggul
Ulangan Qin (ml/det)
1 91.6
2 90.3
3 80.6
Rata-rata 87.5
Debit aliran air (debit inlet) yang diberikan pada model tanggul diukur sebanyak 3 kali ulangan untuk setiap pembuatan model tanggul. Rata-rata debit
74 inlet yang diberikan yaitu 87.5 ml/det. Nilai debit inlet rata-rata yang diberikan lebih besar daripada nilai debit inlet pada penelitian Ratnasari (2007) yaitu sebesar 60.0ml/det. Selama pengaliran dilakukan pengambilan foto pada model tanggul setiap 3 menit. Debit inlet (Qin) yang diberikan pada tiga kali ulangan
disajikan pada tabel 11.
Tabel 12. Hasil pengukuran debit rembesan (Qout)
ulangan t (menit)
Volume (ml) Qout (ml/jam)
Ulangan Ulangan Tanggul 1 Tanggul 2 Tanggul 3 Tanggul 1 Tanggul 2 Tanggul 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 168 112 170 2016 1342.8 2041.2 2 10 330 196 316 1980 1177.2 1897.2 3 15 498 284 464 1980 1137.6 1857.6 4 20 670 374 612 2016 1123.2 1836.0 5 25 840 462 762 2016 1108.8 1828.8 6 30 1010 554 912 2016 1108.8 1825.2 7 35 648 1060 1112.4 1818.0 8 40 742 1210 1112.4 1814.4 9 45 836 1360 1116.0 1814.4
75 Rata-rata debit outlet yang terjadi pada 3 kali pembuatan model tanggul yaitu 1648.8 ml/jam atau 0.458 ml/det. Pengukuran debit outlet dilakukan setiap 5 menit mulai dari air keluar melalui pipa outlet sampai debit outlet konstan. Debit outlet (Qout) pada model tanggul disajikan pada Tabel 12 dan diberikan dengan
bentuk grafik seperti Gambar 17. 1. Pengamatan Garis Freatik
Pengamatan langsung terhadap model tanggul mempermudah dalam mempelajari teori garis aliran pada tubuh tanggul. Melalui pengamatan ini dapat dilihat secara langsung bagaimana proses perembesan air yang terjadi di dalam tubuh tanggul. Dengan adanya proses perembesan air secara visual ini maka dapat dibandingkan hasilnya dengan teori yang sudah ada. Kelebihan yang diperoleh dari penggunaan model ini yaitu dapat menggambarkan batas atas dari rembesan sehingga garis aliran yang terjadi dapat diperoleh secara lebih tepat untuk menggambarkan kondisi sesungguhnya di lapangan (Jumikis, 1962 dalam Praja, 2007). Hal ini disebabkan adanya kemungkinan beberapa kondisi batas pada tanggul di lapangan yang tidak dapat diperhitungkan dalam teori, sehingga menyebabkan perbedaan hasil antara teori dan kondisi di lapangan.
Percobaan pada model tanggul yang dialiri air dilakukan sebanyak 3 kali ulangan untuk diamati garis freatiknya setiap 3 menit. Waktu yang dibutukan untuk aliran air untuk sampai ke outlet pada setiap ulangan disajikan pada Tabel 13.
Tabel 13. Waktu air mencapai outlet dan zona basah (a) model tanggul
Ulangan Waktu (menit) a (cm)
1 107 21.00
2 146 23.19
3 104 22.13
Rata-rata 119 22.11
Pengaliran air rata-rata membutuhkan sekitar 119 menit untuk mencapai outlet dengan panjang zona basah (a) rata-rata sebesar 22.11 cm. Nilai panjang zona basah (a) rata-rata yang diperoleh pada penelitian sebelumnya disajikan pada Tabel 14.
76 Pada penelitian ini diperoleh panjang zona basah lebih besar. Hal ini diakibatkan karena perbedaan penggunan jenis tanah maupun ukuran partikel tanah yang digunakan. Selain itu, dapat juga diakibatkan pemadatan pada model tanggul tidak sama sehingga penyebaran air pada tubuh tanggul lebih besar yang mengakibatkan panjang zona basah yang terbentuk lebih besar pula.
Tabel 14. Nilai a metode pengamatan langsung penelitian sebelumnya
Peneliti a (cm)
Ratnasari (2007) 19.9
Darmastuti (2005) 16.0
Latif (2004) 17.7
Panjang zona basah dan waktu yang berbeda-beda yang terjadi pada aliran air untuk menuju outlet disebabkan nilai kepadatan ( d) yang tidak mungkin
persis sama pada setiap ulangan, meskipun spesifikasi pemadatan yang dilakukan sama. Hal itu menyebabkan nilai permeabilitas model tanggul setelah dialiri air juga berbeda. Semakin padat, maka nilai permeabilitas akan semakin kecil. Melalui pengambilan foto secara langsung dapat diketahui garis freatik pada tubuh model tanggul seperti terlihat pada Gambar 18. Pola penyebaran air dalam tubuh tanggul yang dilihat dari pengamatan secara langsung garis freatik secara lengkap disajikan pada Lampiran 9.
Garis freatik yang disajikan pada Lampiran 9 adalah perubahan setiap 3 menit. Perubahan yang terjadi tidak terlalu drastis pada setiap 3 menit yang berurutan. Hal ini disebabkan nilai permeabilitas tanah gleisol pada model tanggul setelah pengaliran termasuk dalam nilai rendah. Garis freatik memotong tubuh model tanggul (sampai pada lereng model tanggul) membutuhkan waktu sekitar 99 menit. Semakin rendah nilai permeabilitas, maka garis freatik yang memotong tubuh model tanggul akan semakin lama mencapai lereng model tanggul tersebut. Dengan kata lain, semakin besar nilai permeabilitas, maka akan semakin cepat aliran air (rembesan) pada tubuh model tanggul.
77 Gambar 18. Garis freatik pada model tanggul melalui pengamatan langsung 2. Program Geo-Slope
Data dimensi yang dimasukkan ke dalam program Seep/W adalah dimensi model tanggul yang terdapat pada Lampiran 10. Panjang model tanggul adalah 140 cm dan tinggi 20 cm. Nilai pF dan permeabilitas adalah nilai yang digunakan untuk menggambar jaringan aliran pada program Seep/W. Garis freatik hasil program Seep/W pada tubuh model tanggul disajikan pada Gambar 19.
Gambar 19. Garis freatik pada model tanggul berdasarkan program Seep/W
78 Penggambaran jaringan aliran dilakukan sesuai dengan prosedur yang dikemukakan oleh Hardiyatmo (1992). Melalui program Seep/W diperoleh panjang zona basah sebesar 18.44 cm. Nilai ini merupakan nilai yang paling mendekati dengan aktualnya (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 (a). Jaringan aliran yang terjadi pada tubuh model tanggul melalui program Seep/W digambarkan seperti Gambar 20. Tanggul dialiri air dengan debit yang tetap yaitu 87.5 ml/det. Garis – garis ekuipotensial terbentuk pada daerah hulu tanggul dan tegak lurus dengan garis aliran. Garis freatik yang merupakan batas antara tanah jenuh dan tidak jenuh merupakan muka air rembesan pada tubuh tanggul. Setiap lapisan tanah yang berada di bawah garis freatik akan jenuh oleh air yang merembes. Air yang merembes membentuk garis aliran mulai dari lereng hulu tanggul dimana air mulai masuk dan merembes sampai pada hilir model tanggul. Garis freatik merupakan garis yang pertama kali menyentuh lereng hilir tanggul dan membentuk zona basah.
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. Debit rembesan merupakan kapasitas rembesan air yang mengalir ke hilir model tanggul (Qout). Debit rembesan yang terjadi pada sebuah
79 dibiarkan maka kemungkinan akan timbulnya erosi bawah tanah (piping). Besarnya Qc yaitu sekitar 5% dari debit rata-rata yang masuk ke dalam tanggul
(Qin). Debit rembesan (Qout) pada tanggul untuk penelitian ini dengan
pengukuran langsung adalah 1648.8 ml/jam atau 0.458 ml/det, dimana debit kritis (Qc) sebesar 4.375ml/det. Maka, pada model tanggul kali ini tidak terjadi
piping karena debit rembesan dari ketiga metode lebih kecil dari debit kritisnya (Qout < Qc).
3. Analisis Grafis
Penggambaran jaringan aliran dengan metode grafis adalah berdasarkan dimensi dan penampang melintang model tanggul seperti pada Lampiran 10. Dengan mengetahui nilai dari Hp, , dan d, maka dapat dihitung panjang zona basah (a) menggunakan persamaan (1).
Perhitungan zona basah secara empiris dilakukan terhadap model dan keadaan tanggul sebenarnya. Dari perhitungan yang telah dilakukan, diperoleh nilai a pada model sebesar 12.22 cm dan keadaan sebenarnya 146.59 cm. Jika diperbandingkan maka 12.22 : 146.59 = 1 : 12, sesuai dengan rasio antara ukuran model tanggul dan ukuran tanggul yang sebenarnya. Nilai a sebesar 12.22 cm menunjukkan titik perpotongan antara garis aliran dengan muka model tanggul di sebelah bagian hilir. Nilai a juga berarti bahwa permulaan aliran air yang keluar dari tubuh tanggul terletak pada jarak 12.22 cm dari ujung bawah permukaan model tanggul bagian hilir. Titik inilah selanjutnya yang digunakan sebagai acuan dalam perhitungan dan penggambaran garis freatik. Nilai x dan y merupakan jarak horizontal dan vertikal antara a dengan dasar tanggul. Nilai xo
dan yo merupakan jarak horizontal dan vertikal antara a dengan titik pada jarak
0.3S (titik asal garis freatik), yang pada Gambar 4 disebut 0.3D.
Garis freatik merupakan kurva parabola, maka dalam penentuannya digunakan persamaan parabola sederhana, yaitu pada persamaan (2) dan (3), sehingga diperoleh nilai K sebesar 1.65 x 10-3 cm-1. Posisi titik – titik pada garis freatik dapat diperoleh secara empiris seperti pada Tabel 15. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 11.
80 Tabel 15. Posisi titik – titik pada garis freatik
Parameter Posisi Jarak horizontal (xi) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Jarak vertikal (yi = K* xi2) 0.000 0.165 0.660 1.485 2.640 4.125 5.940 8.085 10.560
Penggambaran garis freatik dengan program Geo-Slope menunjukkan bahwa tidak ada garik freatik yang berbentuk parabola. Namun mengalami penyesuaian, yaitu berangsur –angsur menjadi tegak lurus terhadap muka tanggul pada garis muka air. Hal ini disebabkan karena muka tanggul bagian hulu merupakan garis ekuipotensial dan kemiringan garis ekuipotensial tegak lurus terhadap garis aliran (Wesley, 1973).
Gambar 21. Perbandingan letak zona basah untuk 3 metode
81 Penelitian ini menunjukkan nilai panjang zona yang diperoleh secara grafis jauh berbeda dari kedua metode lainnya. Hal ini disebabkan karena analisis grafis tidak memperhitungkan sifat fisik tanah sehingga setiap tanggul dengan dimensi dan perlakuan yang sama dari tiap jenis tanah akan menghasilkan panjang zona basah yang sama secara grafis. Hal ini disebabkan sifat-sifat fisik tanah yang berbeda-beda untuk tiap jenis tanah, dan nilai yang akan digunakan adalah nilai yang diperoleh secara visual. Metode pengamatan langsung dan progran Seep/W cukup mendekati. Oleh karena itu, program Geo- Slope merupakan metode yang paling tepat untuk memperoleh nilai yang mendekati dengan kenyataan sebenarnya. Perbedaan ketiga metode dapat terlihat pada Gambar 21.
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. Akibatnya, bagian tanggul yang berada di atas muka air juga menjadi basah.
82 V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
1. Pola penyebaran air rembesan pada tubuh tanggul dapat diperlihatkan dengan baik melalui pembuatan model tanggul
2. Penyebaran air rembesan yang ditunjukkan dengan garis freatik dapat diketahui dengan pengamatan langsung, analisis grafis, dan program Geo- Slope. Penyebaran air rembesan dengan pengamatan langsung memberikan hasil yang hampir sama dengan program Geo-Slope.
3. Panjang zona basah (a) pada model tanggul melalui pengamatan langsung diperoleh sebesar 22.11 cm, dengan analisis grafis sebesar 12.22 cm, dan melalui program Geo-Slope sebesar 18.44 cm. Dengan demikian, panjang program Geo-Slope (Seep/W) adalah metode yang lebih baik dibandingkan analisis grafis untuk mendekati hasil yang sebenarnya.
4. Pola rembesan dapat ditunjukkan dengan jaringan aliran hasil program Geo- Slope. Garis ekuipotensial terbentuk di hulu model tanggul dan tegak lurus dengan garis aliran. Garis freatik merupakan muka air rembesan pada tubuh model tanggul.
B. Saran
1. Penelitian lebih lanjut tentang rembesan dalam tubuh tanggul berbahan tanah gleisol yang dilengkapi dengan filter drainase dan pengukuran kadar air pada model tanggul perlu dilakukan.
2. Penelitian lebih lanjut mengenai pengembangan analisis grafis agar dapat mempertimbangkan sifat fisik dan mekanik tanah.
POLA PENYEBARAN AIR REMBESAN DI DALAM