Dokumen ini merupakan catatan ekperimen yang dilakukan untuk mendapatkan beberapa parameter fisika dan hidrolika tanah, beserta beberapa perlengkapan dan metode yang digunakan,
diperuntukkan terutama sebagai catatan bagi penulis. Dokumen ini diperbaharui terakhir kali pada 04/25/2007 jam 11:55 oleh SK Saptomo, Staf Departemen Teknik Pertanian IPB, Postdoct Fellows at Department of Bioproduction Environmental Sciences, Faculty of Agriculture, Kyushu
University. Silakan kunjungi halaman internet repositori dokumen ini untuk revisi terbaru.
Pengukuran Sifat Fisika/hidrolika Tanah
Pada experimen kali ini ada beberapa parameter yang harus didapatkan untuk digunakan dalam eksperimen simulasi aliran air dalam tanah. Parameter-parameter tersebut adalah:
1. volumetric water content (kadar air volumetrik),
2. permeability/saturated hydraulic conductivity (permeabilitas atau konduktivitas hidrolika pada kondisi jenuh air)
3. hydraulic conductivity (konduktifitas hidrolika, mengacu pada kondisi tidak jenuh air)
4. tension / pF (tekanan negatif/hisapan tanah)
Kadar air volumetrik (1) diukur untuk
Fig 1. Some equipments for soil water permeability test
semua sampel, di mana setiap sampel
diambil pada
kedalaman tanah yang berbeda dan akan merepresentasikan kadar air di lokasi tersebut pada setiap kedalaman. Untuk pertama kali ditimbang berat sampel (tanah beserta ring sampel dan kedua tutupnya), ini selalu dilakukan di
awal sebelum
perlakuan lainnya diterapkan pada sampel tersebut. Pada
pengukuran pF akan diperoleh juga jumlah air dalam tanah untuk setiap pF tertentu.
Permeabilitas diukur dengan metode
'falling head' dimana di atas sampel tanah diberikan suatu kolom air dengan ketinggian head tertentu. Kemudian waktu dan jarak 'jatuh' permukaan kolom air tersebut diukur, sehingga akan diperoleh nilai permeabilitas dalam satuan jarak per waktu. Tentu saja ada hitungan khusus sesuai dengan alat yang dipergunakan dalam pengukuran.
Satu perlakuan yang harus dilakukan sebelum tanah diuji dengan falling head adalah penjenuhan (saturation) (Fig. 2 dan 3).
Penjenuhan di sini artinya tanah harus dibuat dalam keadaan jenuh air, dimana seluruh pori-pori makronya harus terisi air. Cara penjenuhan ini cukup mudah, tetapi karena penjenuhan harus terjadi secara alami tanpa ada gaya yang diberikan untuk memasukkan air kedalam tanah selain sedikit perbedaan head, waktu yang dibutuhkan akan bervariasi untuk setiap sample yang berbeda dari 24 jam sampai beberapa hari bahkan beberapa minggu. Caranya dengan memasukkan contoh tanah yang sudah dipersiapkan dengan tabung-tabung untuk pengujian permeabilitas, ke dalam air sampai permukaan air dalam wadah perendaman tersebut berada di atas permukaan sampel tanah.
Jenuh atau tidaknya tanah bisa dilihat dari ada atau tidaknya air yang menggenangi permukaan atas sampel tanah. Lebih meyakinkan lagi kalau air tersebut telah sama
levelnya dengan
permukaan air tempat penjenuhan dilakukan.
Setelah sampel tanah menjadi jenuh pengujian permeabilitas dapat dilakukan. Untuk pengujian ini akan diperlukan beberapa alat yang paling penting adalah stop watch, mistar/penggaris (plus jangka sorong), baki atau loyang serta air destilat (beserta tabung
plastik untuk
memasukkan air). Untuk perhitungan hasil pengujian perlu diketahui ketinggian air dari lubang keluar air pada silinder luar tabung pengujian permeabilitas ke ketinggian awal pengujian (h1) dan ketinggian akhir pengujian (h2). Selisih h1 dan h2 adalah jarak vertikal yang ditempuh saat head di'jatuh'kan dalam pengujian, dan waktu tempuh dari h1 ke h2 akan digunakan dalam perhitungan permeabilitas dari data pengujian ini.
Fig.3. This is how the saturation goes, immerse the falling head tubes in the water together with the soil samples
Fig. 4 Using these stands we can extract water from the soil using hanging water at a desired height and accordingly the pF, and at last the retention curve (pF-volumetric water content). Actually we can apply tension to the soil samples up to 150cm of water column equal.
Hanging water test (Fig 4, 5) dilakukan untuk memberikan tekanan negatif atau hisapan/suction pada sampel tanah dengan 'menggantung' air dalam pipa kecil dengan ujung terbuka memiliki ketinggian yang sama atau lebih rendah dari dasar sampel tanah. Dengan perbedaan head ini akan terjadi tekanan negatif yang akan menarik air dari dalam sampel. Air tersebut akan terus keluar sampai tekanan tersebut berimbang dengan hisapan matriks tanah dalam mempertahankan kandungan air dalam pori-porinya.
Pengukuran pF dengan memanfaatkan perbedaan tekanan air dapat dilakukan dengan cara seperti pada Fig. 6. Pertama kali harus ada stand atau tiang sebagai dudukan sampel dan juga tempat memberikan perlakuan perbedaan head. Tiang ini dapat dibuat dari baja stainless dengan ketinggian sesuai kebutuhan atau ketinggian yang dimungkinkan. Sebagai contoh pada gambar ini digunakan ketinggian maksimal 150 cm sehingga pada conth tanah dapat diaplikasikan perlakuan hisapan sampai setara 150 cm.
Komponen-komponen lain yang
dibutuhkan adalah tabung ukur/gelas ukur yang memiliki bentuk khusus seperti pada gambar, memiliki skala, 2 buah kran dan satu inlet untuk menambahkan air. Tabung ini kemudian akan dihubungkan ke sampel tanah melalui selang plastik yang cukup keras sehingga tidak memungkinkan perubahan volume dengan adanya perubahan tekanan.
Sampel tanah ditempatkan pada bagian atas suatu tabung. Tabung ini dipersiapkan khusus sehingga bagian atas silinder berupa sebuah plat atau lempengan yang terbuat dari bahan porus (biasanya keramik) dan air tidak bisa keluar melalui bagian tersebut kecuali melalui pori-porinya. Bagian bawah tabung memiliki lubang yang kecil serta nozzle untuk sambungan ke pipa elastis. Sebelum eksperimen dilakukan, tabung ini harus penuh terisi air tanpa ada gelembung udara (termasuk dalam pipa/selang). Kemudian lempeng porus pada bagian atas tabung juga harus lama keadaan jenuh air.
Pada tiang penyangga harus disiapkan clamp atau penjepit untuk menahan tabung ukur. Penjepit ini sebaiknya telah dipersiapkan pada beberapa ketinggian yang umum digunakan untuk pengukuran seperti 0cm, 10 cm, 50 cm dan sebagainya (diukur dari bagian dasar contoh tanah).
Pengukuran dilakukan dengan menempatkan tabung ukur (yang berarti juga head pada ujung selang/pipa elastik) pada berbagai ketinggian, mulai dari lebih tinggi dari sampel tanah (untuk penjenuhan). Kemudian tabung ukur diturunkan ke bawah, sehingga ujung selang sejajar dengan bagian bawah sampel, setara dengan tekanan negatif 0 cm atau pF 0. Air akan mengalir/menetes keluar melalui selang/pipa elastik, perbedaan air yang terukur pada tabung ukur sebelum ketinggian tabung diturunkan dan setelah tidak ada perubahan ketinggian air lagi (tetesan berhenti/stabil) adalah jumlah air yang terambil dari sampel tanah pada pF tersebut. Sehingga akan diperoleh kadar air tanah pada sampel tersebut untuk pF yang bersangkutan. Selanjutnya pengukuran bisa dilanjutkan dengan menurunkan tabung dan ujung selang ke ketinggian yang lebih rendah 10 cm, 30 cm, 50 cm dan seterusnya.
Fig. 5 Though the picture is not clear, this is the experiment to apply 10 cm H2O equal of tension to the soil. Look at the circling small tube around the main tube, just above it is where the tension comes, about 10 cm below the bottom of the soil sample.
Pengukurak konduktivitas tanah tak jenuh air cukup sulit dilakukan dan membutuhkan data yang cukup ekstensif. Secara teoritis pengukuran konduktivitas hidrolika tanah tak jenuh bisa dilakukan mengikuti metode yang dikemukakan E.J Doering (1965) yang dikenal sebagai One-Step Method. Metode ini dapat digunakan dengan mempergunakan data yang diperoleh melalui eksperimen seperti Fig 7. Seperti halnya untuk pengukuran retensi (water content – pF), sampel tanah diberi perlakuan hisapan dengan metode hanging water. Yang membedakan adalah, dalam eksperimen ini laju keluar air dari tanah harus pula dicatat setiap saat. Cara termudah adalah dengan menampung dan menimbang langsung air yang keluar. Apabila tersedia timbangan digital yang bisa dikoneksikan dengan komputer, logger atau printer akan lebih mudah dan akurat pngukuran dan pencatatan hasilnya. Dari eksperimen ini akan diperoleh data berat/volume air, laju keluar air pada setiap selang watu dan tentu saja pF yang diperoleh dari perbedaan tinggi atara outlet pada buret dan dasar sampel tanah.
Pengukuran dilakukan sampai terjadi
kondisi kesetimbangan antara retensi dan
suction yang ditandai dengan tidak keluarnya air dari sampel (tidak terjadi perubahan jumlah/berat pada wadah penampungan outflow). Bila dilakukan pengukuran untuk beberapa nilai pF, maka prosedur yang sama harus dilakukan untuk setiap nilai pF.
Perhitungan konduktivitas tak jenuh atau yang juga disebut sebagai capillary conductivity (konduktivitas kapiler) dilakukan mempergunakan persamaan berikut:
K =−DdW dS (1)
dengan K adalah konduktivitas hidrolika tak jenuh/konduktivitas kapiler, dW/dS adalah kemiringan/slope pada hubungan antara water content (kadar air) dan suction/hisapan pada kondisi kadar air yang direpresentasikan oleh Fig. 7 One Step method for measuring unsaturated hydraulic conductivity, based on E.J. Doering 1965, Soil-water Diffusivity By the One-Step Method, Soil Science 99(8). Using this test we can obtain water content and water flow (extraction) rate for the desired pF. It resembles the test with hanging water to measure pF-water content but we also measure the rate of the water dropping out of the sample. Here we can used diital scale and automatic recorder/logger or printer for obtaining amount of water per elapsed time. Fig. 6 The sketch of of hanging water stands
difusivitas D. D dihitung dengan persamaan berikut: D= −4L 2 2W −Wt dW dt (2)
dengan L = panjang sampel, W adalah volume air
pada saat laju keluar air instantaneous (instantaneous outflow rate) dW/dt dan Wt kadar air (volume air) adalah saat kesetimbangan (final equiblirium water content).
