HUBUNGAN SIFAT FISIK TANAH.

(1)

HUBUNGAN SIFAT FISIK TANAH

DENGAN AIR TANAH

(2)

AIR TANAH

SIFAT FISIK TANAH

Beberapa hal yang penting tentang tanah

yang terkait aliran air tanah adalah:

1. Klasifikasi tanah

2. Kerapatan relatif

3. Ukuran butiran (efektif dan rata-rata)

Sifat-sifat tanah berbutir halus (silt dan clay)

biasanya

ditentukan

berdasarkan

sifat

plastisitasnya.

(3)

Ukuran butiran tanah

Jenis Tanah Ukuran

1. Lempung (clay) < 0.002 mm (< 2 µm) 2. Lanau (silt) 0.002 – 0.060 mm fine silt 0.002 – 0.006 mm medium silt 0.006 – 0.020 mm coarse silt 0.020 – 0.060 mm coarse silt 0.020 – 0.060 mm 3. Pasir (sand) 0.060 – 2.00 mm Fine sand 0.060 – 0.200 mm Medium sand 0.20 – 0.60 mm Coarse sand 0.60 – 2.00 mm 4. Kerikil (gravel) 2.0 – 60 mm 5. Batuan (cobbles) 60 -200 mm 6. Bongkahan (boulders) > 200 mm

(4)

Macam-macam Klasifikasi Tanah :

1. USDA (United state of department

agricultural)

2. USCS (unified soil clasification system)

3. AASHTO (American association of

State Highway and transportation

officals

(5)

Nama Golongan

Ukuran Butiran (mm)

Kerikil

Pasir

Lanau

Lempung

Massachussets Institute of Technology (MIT)

> 2 2 - 0,06 0,06 - 0,002 < 0,002

U.S. Departement of Agriculture

(USDA)

> 2 2 - 0,05 0,05 - 0,002 < 0,002

American Association of and Transportation Officals (AASHTO)

76,2 -2 2 - 0,075 0,075-0,002 < 0,002

Tabel. 2.1. Batasan-batasan ukuran golongan tanah

Sumber : Das (1987)

Transportation Officals (AASHTO)

Unified Soil Classification System (U.S Bureau of Reclamation)

76,2- 4,75 4,75-0,075 Halus (yaitu lanau dan

(6)

(7)

(8)

(9)

Untuk tanah berbutir kasar (sand dan gravel)

digunakan istilah Kerapatan Relatif (D

_r

)

e = angka pori dari contoh tanah yang bersangkutan

e max = angka pori terbesar yang bisa dicapai di lab. Dengan contoh tanah tersebut (angka pori dalam keadaan paling tidak padat)

e min = angka pori terkecil yang bisa dicapai di lab dengan contoh tanah (dalam e min = angka pori terkecil yang bisa dicapai di lab dengan contoh tanah (dalam

kondisi paling padat/dipadatkan) Kondisi :

Loose (lepas) Dr = 0 – 0.33 Medium (sedang) Dr = 0.33 – 0.67 Padat (dense) Dr = 0.67 – 1.0

Kerapatan relatif sangat erat dengan kekuatan geser dan kompresibilitas tanah

burbutir kasar. Bahkan dengan kerapatan relatif yang rendah bisa menyebabkan gejala LIQUIFACTION (proses menjadi cair) bilamana terkena getaran mesin atau gempa

(10)

• Ukuran butiran efektif (d

₁₀

)

Menunjukkan ukuran butiran dimana 10% dari berat

material yang ada lebih kecil daripada ukuran butiran

tersebut.

ukuran butiran ini biasanya dipakai sebagai standar untuk

kepentingan yang terkait dengan mekanika tanahdan aliran

air tanah. Sebagai contoh untuk perhitungan hidraulik

konduktivity (K)

Ukuran Butiran Rata-rata (d )

konduktivity (K)

• Ukuran Butiran Rata-rata (d

_m

)

Menunjukkan ukuran butiran yang bersesuaian dengan 50%

prosentase lolos.

• Koefisien keseragaman

C

_u

= d

₆₀

/ d

₁₀

(11)

Formula K terkait sifat fisik tanah

• Formula Hazen (1911)

K = C. D

₁₀2

dimana;

K = dalam cm/detik

d10 = ukuran butiran efektif (mm)

C = konstanta (1/cm.detik) dengan harga 40 –

150 C = konstanta (1/cm.detik) dengan harga 40 –

150 Untuk berbagai jenis tanah pasir, nilai C adalah:

40 – 80

pasir sangat halus sampai pasir halus gradasi

buruk

80 – 120

pasir medium sampai pasir kasar gradasi buruk

120 – 150

pasir kasar gradasi baik

(12)

• Persamaan konduktivitas hidrolik berdasarkan

diameter butiran, kerapatan air dan viskositas:

K = {

ρ

g /

µ

}. Cd

₁₀

2 persamaan ini berlaku untuk jenis tanah yang

seragam, jika tanah tidak seragam maka d harus

diganti dengan dm yaitu diameter butiran

rata-rata. C merupakan koefisien yang tergantung

bentuk butiran. K berbanding terbaik dengan

viskositas dinamik fluida, semakin besar

viskositasnya (fluida semakin kental) maka nilai K

menjadi kecil.

(13)

• Persamaan Kozeny-Carman (1937)

• Dimana:

ρ

= kerapatan air (kg/m3)

ρ

= kerapatan air (kg/m3)

µ

= viskositas air (pascal detik)

N = porositas (%)

(14)

Porositas (kesarangan)

• Kesarangan adalah semua lubang yang tidak

terbatas ukurannya pada suatu massa,

kemungkinan bisa teriri oleh air (suharyadi,

1984)

• Das, BM mendifinisikan porositas sebagai

perbandingan antara volume pori dengan

volume total tanah ( n = v

_v

/v

_t

)

(15)

Hal-hal yang mempengaruhi

kesarangan

1. Pemadatan (kompaksi). Lempung

mempunyai kesarangan 80% - 90%, namun

setelah ditimbun dengan material lain akan

mengalami pemadatan dan kesarangannya

dapat berkurang menjadi 30% - 40%

2. Sementasi , dapat memperkecil kesarangan

2% - 3%

3. Bentuk, ukuran, sortasi

4. Susunan butir

(16)

Kesarangan efektif

Adalah perbandingan antara volume pori (rongga) yang

saling berhubungan dengn volume total batuan dinyatakan

dalam persen (%) atau disebut kesarangan relatif.

Berikut nilai kesarangan menurut TODD (suharyadi, 1984)

No Material Kesaranga No. Material Kesaranga

No Material Kesaranga

n (%)

No. Material Kesaranga n (%) 1. 2. 3. 4. 5. Tanah (soil) Lempung Lumpur (silt)

Pasir sedang dan kasar Pasir Seragam 50 – 60 45 – 55 40 – 50 35 – 40 30 - 40 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Pasir halus dan sedang Kerikil Kerikil dan pasir Batu pasir Shale Batugamping 30 – 35 30 – 40 20 – 35 10 – 20 1 – 10 1 - 10

(17)

No Material Kesarangan (%) 1. 2. 3. 4. 5. 6. Lempung Pasir Kerikil

Pasir dan Kerikil Batupasir Shale 45 – 55 35 – 40 30 – 40 20 – 35 10 – 20 1 – 10

Kesarangan (n) pada batuan endapan (sedimentary rock) menurut Walton

6. 7. Shale Batugamping 1 – 10 1 – 10

Kesarangan besar jika, n ≥ 20% Kesarangan sedang, n = 5 – 20% Kesarangan kecil < 5%

(18)

Penyebaran Vertikal Air Tanah

PELLICULAR & (GRAVITATIONAL WATER) SOIL WATER SUSPENDED WATER (VADOSE WATER) Zone of aeration (unsaturated) GROUNDWATER (AIR TANAH) CAPILLARY WATER MUKA AIR TANAH

WATER) WATER)

(saturation zone)

(19)

• Pada “zone of aeration” lubang-lubangnya

sebagian terisi oleh air dan sebagian lainnya terisi

oleh udara (belum jenuh)

• Airnya disebut “suspended water (vadose)”

Pada “zone of saturation” lubang porositas sudah

• Pada “zone of saturation” lubang porositas sudah

terisi oleh air dan punya tekanan hidrostatis.

Airnya disebut “groundwater” (air tanah). Batas

kedua zone tersebut adalah bidang “phreatic”

mungkin berupa muka air tanah (water table)

apabila tidak ada lapisan kedap air.

(20)

Zone tidak jenuh air (zone of aeration)

• Air pada zone ini dibagi tiga, yaitu :

1. Soil water zone:

2. Intermediate vadose zone

3. Capillary zone

Air pada “soil water zone” kurang jenuh , kecuali

ada air hujan dan atau irigasi yang meresap.

Zone ini terletak mulai permukaan tanah sampai

pada zone perakaran tumbuh-tumbuhan.

(21)

• Ketebalan zone ini bervariasi tergantung jenis tanah

dan tumbuh-tumbuhannya. Pada zone ini sangat

penting artinya bagi ahli-ahli pertanian dan ahli tanah.

• Dibawahnya ada zone “intermediate vadose zone”

ketebalannya bervariasi dari 0 (yang mempunyai muka

air tanah dangkal) sampai lebih 100m (daerah yang

mukaair tanah sangat dalam). Air di zone ini bergerak

vertikal turun.

• Pada zone “intermediate vadose zone” terdapat 2

macam air yang disebut “pellicular water”, airnya tidak

bergerak sebab tertahan oleh gaya higroskopis dan

daya kapiler. Sedangkan yang lainnya bergerak vertikal

turun karena adanya gaya berat disebut “Gravitational

water”.

• Zone terbawah disebut “capillary Zone” yang

mempunyai ketebalan dari muka air tanah ke atas

sampai batas kenaikan air.

(22)

Peristiwa kapilaritas pada suatu tabung kapiler (Fredlund dan Rahardjo,

1993) dikutip dari asmaranto (2001)

w c s

r

h

T

r

θ

π

γ

π

2

cos

.

2 =

h

_c

=

2 T

_s

cos

θ

/

r

γ

_w

T_s = tegangan permukaan (surface tension)

θ = sudut kontak antara dinding tabung kapiler dengan T_s

(23)

Struktur air meniskus pada tanah tidak jenuh (Hilf, 1975) dikutip dari

asmaranto (2001)

(24)

Zone Jenuh Air (Saturation zone)

• Pada zone ini seluruh lubang pori terisi air

• Air didalam kesarangan (pori) tidak seluruhnya

dapat diambil (dipompa)

• Sebagian air akan tertinggal disebut sebagai

“retained water” yang disebabkan adanya

tenaga molekuler dan tegangan permukaan

• Air yang tertinggal dapat dinyatakan dengan

“spesific retention” (S

_r

)

(25)

• Specific retention adalah perbandingan air yang

tertahan dalam tanah yang jenuh setelah diadakan

pemompaan dibandingkan volume total batuan atau

tanah dinyatakan dalam persen (%)

• Sr = (Wr / V) x 100%

• Kebalikan dari spesific retention disebut sebagai

“specific Yield”, (Sy) atau kesarangan efektif ialah

perbandingan dalam persen (%) volume air yang dapat

diambil dari tanah atau batuan yang jenuh air

dibandingkan dengan volume total batuan atau tanah.

(26)

Nilai Specific Yiled & berbagai macam batuan

(TODD, et al. 1980)

No.

Material

Sy (%)

1.

2.

3.

4.

5.

6. Kerakal kasar

Kerakal

Kerikil

Pasir Kasar

Pasir Sedang

Pasir Halus

23

24

25

27

28

23

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14 Pasir Halus

Lumpur

Lempung

Batupasir Halus

BatuPasir sedang

Batu Gamping

Sanddune

Sekis

Tuf

23

8

3

21

27

14

38

26

21

(27)

Specific Yield & berbagai macam batuan (Walton wc, 1970)

No. Material Sy 1. 2. 3. 4. 5. 6. Lempung Pasir Kerikil

Pasir dan Kerikil Batupasir Shale 1 – 10 10 – 30 15 – 30 15 – 25 5 – 15 0.5 – 5 6. 7. Shale Batu gamping 0.5 – 5 0.5 - 5

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya specific yield adalah :

1. Pemadatan (harga Sy biasanya berkurang seiring dengan kedalaman) 2. Besar Butir

(28)

(29)

0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 10 20 30 40 50 60 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 10 11 12 13 14 e 40 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100 w_c (%) S_r (%) γγγγd (kN/m3₎ A B 10 20 30 40 50 60 10 11 12 13 14 Siklus 1x Siklus 2x Siklus 4x Siklus 6x 20 30 40 10 20 30 40 50 60 20 30 40 10 11 12 13 14 w_c (%) D C E w_c(%) γγγγd (kN/m3₎