SKRIPSI PENGARUH KEPADATAN TANAH TERHADAP REMBESAN AIR PADA BENDUNGAN URUGAN

BENDUNGAN URUGAN

Oleh :

AGUSRIADI MUHAMMAD HARUN

105 81 01345 10 105 81 01319 10

JURUSAN SIPIL PENGAIRAN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2016

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum, Wr. Wb

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Proposal Ujian Komprehensif ini dengan baik.

Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan yang harus dipenuhi dalam rangka menyelesaikan Program Studi pada Jurusan Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

Adapun judul tugas akhir kami adalah: “PENGARUH KEPADATAN

TANAH TERHADAP REMBESAN AIR PADA BENDUNGAN URUGAN” Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis mendapatkan banyak masukan yang berguna dari berbagai pihak sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu dengan segala ketulusan serta keikhlasan hati, kami mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada:

1. Bapak Hamzah Al Imran, ST., MT. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

2. Bapak Muh. Syafaat S. Kuba, ST. sebagai Ketua Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

3. Bapak Prof. Dr. Ir. H. Lawalenna Samang, M.Sc,. M.Eng selaku pembimbing I dan Bapak Mahmuddin, ST.,MT. selaku pembimbing II, yang telah meluangkan banyak waktu, memberingan bimbingan dan pengarahan sehingga terwujudnya tugas akhir ini.

5. Ayahanda dan ibunda tercinta yang senantiasa memberikan limpahan kasih sayang, doa, serta pengorbanan kepada penulis.

6. Rekan-rekan mahasiswa Fakultas Teknik, terkhusus Saudaraku Angkatan 2010 dengan rasa persaudaran yang tinggi banyak membantu dan memberi dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Pada akhir penulisan tugas Akhir ini, penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis meminta saran dan kritik sehingga laporan tugas akhir ini dapat menjadi lebih baik dan menambah pengetahuan kami dalam menulis laporan selanjutnya. Semoga laporan tugas akhir ini dapat berguna bagi penulis khususnya dan untuk pembaca pada umumnya.

Wassalamu`alaikum, Wr. Wb.

Makassar, Januari 2016

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1 A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 3 C. Tujuan Penelitian ... 4 D. Manfaat Penelitian ... 4 E. Batasan Masalah ... 4 F. Sistematika Penulisan ... 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 8

A. Bendungan Urugan ... 8

B. Pemadatan Tanah ... 12

C. Sifat Fisik dan Mekanis Tanah ... 16

D. Debit Rembesan ... 31

BAB III METODELOGI PENELITIAN ... . 37

A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 37

B. Jenis Penelitian dan Sumber Data ... 37

C. Alat dan Bahan ... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 47

A. Tingkat Pemadatan Tanah ... 47

B. Hasil Pengukuran Debit Rembesan secara Langsung pada Tubuh Model Bendungan ... 47

C. Hubungan antara Kepadatan Tanah dengan Debit Rembesan q hitung (ml/jam) pada Setiap Metode ... 49

D. Bentuk Garis Fretik pada Tubuh Model Bendungan Urugan ... 51 BAB V PENUTUP ... 56 A. Kesimpulan ... 56 B. Saran ... 57 DAFTAR PUSTAKA ... 58 LAMPIRAN ... 60

1. Klasifikasi Permeabilitas Tanah ... 24

2. Berat Jenis tanah ... 25

3. Nilai indeks plastisitas (IP) beberapa indeks tanah ... 29

4. Harga-harga k untuk jenis tanah... 31

5. Dimensi bendungan ... 43

6. Tingkat pemadatan tanah ... 47

7. Hasil pengukuran debit rembesan secara langsung pada masing-masing kepadatan ... 48

8. Hasil perhitungan debit rembesan pada setiap metode ... 51

9. Hasil analisa bentuk formasi garis freatik dengan metode dupuit ... 52

1. Contoh potongan melintang bendungan urugan ... 10

2. Klasifikasi umum bendungan urugan ... 10

3. Contoh rencana teknis bendungan sekat ... 11

4. Grafik segitiga perbandingan tekstur tanah ... 22

5. Seepage through eart dam with tail water ... 32

6. Persamaan metode dupuit ... 33

7. Persamaan metode schaffernak dan van iterson ... 34

8. Persamaan metode L. Cassagrande ... 37

9. Eunha Permeability Tank ... 39

10. Sketsa model bendungan ... 41

11. Flow chart penelitian ... 46

12. Hubungan aantara debit rembesan dengan kepadatan tanah terhadap waktu (t) ... 49

13. Hubungan antara kepadatan tanah dengan debit rembesan ... 50

14. Sketsa bentuk garis freatik dan panjang zona basah pada tubuh bendungan ... 52

15. Formasi garis depresi dengan tingkat kepadatan tanah 70,07%. .... 53

16. Formasi garis depresi dengan tingkat kepadatan tanah 78,23% ... 53

γb = Berat volume tanah basah

γk = Berat volume kering

h1 = Tinggi muka air dihulu bendungan

h2 = Tinggi muka air dihilir bendungan

K = Koefisien permeabilitas

H = Tinggi muka air banjir (MBA)

a = Tinggi garis kemiringan hilir dari dasar bendungan

d = Jarak lintasan rembesan di dasar bendungan

α = Sudut kemiringan lereng hilir bendungan

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Air merupakan salah satu bagian terpenting dalam menunjang kehidupan manusia. Seiring dengan berjalannya waktu, kebutuhan air semakin meningkat sejalan dengan meningkatnya jumlah penduduk dari hari ke hari, sedangkan persediaan air yang ada di bumi adalah tetap. Salah satu usaha yang paling efektif untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan membangun bendungan.

Dalam merencanakan sebuah bendungan, perlu diperhatikan stabilitasnya terhadap bahaya longsoran, erosi lereng dan kehilangan air akibat rembesan melalui tubuh bendungan. Setiap bendungan pasti mengalami rembesan air, namun bagaimana pengaruh rembesan air terhadap bendungan sangat tergantung pada kepadatan dan jenis bahan timbunan bendungan. Volume rembesan air yang terlalu besar, mengakibatkan pengoprasian bendungan menjadi terganggu, hingga rawan terjadi longsor bahkan keruntuhan.

Keruntuhan dapat diakibatkan oleh overtopping dimana air melimpah melalui puncak tubuh tanggul yang menyebabkan terjadinya erosi serta longsoran sehingga terjadi keruntuhan. Keruntuhan dapat juga diakibatkan oleh rembesan atau bocoran yang membawa material tanggul yang disebut erosi bulu atau piping. Keruntuhan tanggul ini bisa juga disebabkan oleh rembesan atau bocoran (piping) lewat tubuh tanggul atau

lewat konduit yang menembus tubuh tanggul, longsoran lereng dan kerusakan karena gempa. Akibat keruntuhan tersebut, maka air yang tertampung di waduk akan mengalir ke lembah sungai di hilir tanggul dengan debit yang sangat besar dan kecepatan yang sangat tinggi. Oleh karena itu perlu adanya kajian laboratorium mengenai rembesan air pada tubuh bendungan.Penelitian ini bertujuan untuk mengamati pola aliran garis fretis pada tubuh bendungan dan menghitung debit rembesan yang terjadi.

Model yang dipilih pada penelitian ini adalah bendungan type homogen yaitu bendungan yang tubuhnya terbentuk dari urugan tanah dengan tingkat kepadatan tanah yang bervariasi. Pemilihan model ini selain sederhana, juga ditinjau dari pelaksanaan pembangunannya yang mudah dibandingkan dengan type-type lainnya, akan tetapi senantiasa dihadapkan pada problema stabilitas tubuh bendungan tersebut, jadi merupakan peraga yang baik pada penelitian rembesan sebagai variable destruktif yang harus diperhatikan.

Hal tersebut disebabkan karena di seluruh tubuh bendungan yang terletak di bawah garis depresi, senantiasa dalam kondisi jenuh, sehingga daya dukung kekuatan geser sudut luncur alamiahnya menurun pada tingkat-tingkat paling rendah, selain itu apabila garis depresi memotong lereng hilir akan terjadi aliran-aliran filtrasi keluar ke permukaan lereng tersebut dan terlihat adanya gejala-gejala sufosi serta sembulan yang

mengakibatkan terjadinya keruntuhan-keruntuhan atau longsoran-longsoran kecil pada permukaan lereng.

Pada pembuatan tubuh bendungan tipe urugan homogen, tanah dipadatkan untuk meningkatkan berat volumenya. Pemadatan berfungsi untuk meningkatkan kekuatan tanah, mengurangi besarnya rembesan air yang terjadi, mengurangi besarnya penurunan tanah yang tidak diinginkan, dan meningkatkan kemantapan lereng timbunan. Pada perencanaan, kepadatan tanah lapangan diambil sebesar 90-95% kepadatan tanah laboratorium. Berat volume kering maksimum didapat dari hasil percobaan dengan uji Procton atau dimodifikasi di laboratorium (Bowles, 1993).

Sehingga berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk mengadakan penelitian mengenai “Pengaruh Kepadatan Tanah Terhadap Rembesan Air Pada Bendungan Urugan”

B. Rumusan Masalah

Masalah yang dibahas dalam penelitian ini dapat dijabarkan dalam rumusan masalah sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh kepadatan tanah terhadap debit rembesan air pada tubuh bendungan urugan tanah.

2. Bagaimana pengaruh kepadatan tanah terhadap bentuk formasi garis depresi pada tubuh bendungan urugan tanah.

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1) Untuk mengetahui pengaruh kepadatan tanah terhadap debit rembesan air pada tubuh bendungan urugan tanah.

2) Untuk mengetahui pengaruh kepadatan tanah terhadap bentuk formasi garis depresi pada tubuh bendungan urugan tanah.

D. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat diantaranya :

1) Dapat dijadikan sebagai bahan acuan dan informasi para peneliti dalam mengembangkan penelitian yang berhubungan dengan judul skripsi kami tentang rembesan pada tanah urug untuk tubuh bendungan urugan.

2) Menambah refrensi ilmu pengetahuan dibidang penelitian tentang efektivitas bendungan dibidang teknik keairan.

3) Memberikan semangat bagi para peneliti yang sedang melakukan penelitian dibidang teknik keairan.

E. Batasan Masalah

Agar penelitan ini dapat berjalan efektif dan mencapai sasaran yang ingin dicapai maka penelitian ini memberikan batasan masalah sebagai berikut:

1) Penelitian ini dilaksanakan pada Laborotorium Hidrolika Fakultas Teknik Univesitas Hasanuddin Makassar.

2) Skala yang digunakan ditentukan berdasarkan kemampuan alat atau fasilitas Laborotorium Hidrolika unhas.

3) Jenis tanah yang digunakan pada model simulasi tubuh bendungan adalah tanah lempung.

4) Model simulasi tubuh bendungan dibedakan menjadi tiga varias jumlah tumbukan tanah yang berbeda.

5) Penelitian ini diperuntukkan untuk mengetahui volume rembesan yang terjadi dan bentuk garis defresi pada tubuh bendungan.

6) Fluida yang digunakan dalam penelitian ini adalah air tawar.

7) Mengamati terjadinya rembesan dan bentuk formasi garis defresi akibat pengaruh kepadatan tanah.

8) Tinggi muka air tampungan yang digunakan adalah 25 cm. 9) Alat tutor User’s Manual For Eunha Permeability Tank. F. Sistematika Penulisan

Penulisan ini merupakan susunan yang serasi dan teratur oleh karena itu dibuat dengan komposisi bab-bab mengenai pokok-pokok uraian sehingga mencakup pengertian tentang apa dan bagaimana, jadi sistematika penulisan diuraikan sebagai berikut:

1) Bab I Pendahuluan

Merupakan pendahuluan yang menguraikan tentang latar belakang masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

2) Bab II Tinjauan Pustaka

Merupakan tinjauan pustaka yang memuat secara sistematis tentang teori, pemikiran dan hasil penelitian terdahulu yang ada hubungannya dengan penelitian ini. Bagian ini akan memberikan kerangka dasar yang komprehensif mengenai konsep, prinsip atau teori yang akan digunakan untuk pemecahan masalah yang meliputi tentang, rembesan dan bentuk pola aliran garis depresi pada tubuh bendungan urugan tanah.

3) Bab III Metode Penelitian

Merupakan metodologi penelitian yang menjelaskan waktu dan lokasi penelitian, bahan dan alat yang digunakan dalam penelitian serta tahap-tahap dalam proses penelitian di laboratorium, dimulai dari proses pemadatan tanah dengan kepadatan yang bervariasi, dan pengambilan data pada kondisi yang bervariasi.

4) Bab IV Hasil dan Pembahasan

Merupakan Analisa Hasil dan Pembahasan yang menguraikan tentang hasil- hasil yang diperoleh dari proses penelitian dan hasil pembahasannya. Penyajian hasil penelitian memuat deskripsi sistematik tentang data yang diperoleh. Sedangkan pada bagian pembahasan adalah mengolah data hasil penelitian dengan tujuan untuk mencapai tujuan penelitian.

5) Bab V Kesimpulan dan Saran

Merupakan pembahasan mengenai kesimpulan dari seluruh rangkaian proses penelitian dan saran-saran terkait dengan kekurangan yang didapati dalam penelitian ini, sehingga nantinya dapat dijadikan acuan untuk penelitian selanjutnya.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA A. Bendungan Urugan

1. Definisi Bendungan Urugan

Bendungan urugan adalah suatu bendungan yang dibangun dengan cara menimbungkan bahan-bahan seperti: batu, krikil, pasir dan tanah pada komposisi tertentu dengan fungsi sebagai pengempang atau pengangkat permukaan air yang terdapat di dalam waduk di udiknya

disebut bendungan tipe urugan atau “bendungan urugan”.(Ir. Suyono

Sosrodarsono, 1977)

Didasarkan pada ukuran butiran dari bahan timbunan yang digunakan, secara umum dapat dibedakan 2 tipe bendungan urugan, yaitu:

a) Bendungan urugan batu (rock fill dam) disingkat dengan istilah “Bendungan batu”.

b) Bendungan urugan tanah (earth fill dam) disingkat dengan istilah “Bendungan tanah”.

Selain kedua jenis tersebut, terdapat pula bendungan urugan campuran, yaitu terdiri dari timbunan batu di bagian hilirnya yang berfungsi sebagai penyangga, sedang bagian udiknya terdiri dari timbunan tanah yang disamping berfungsi sebagai tirai kedap air.

Di dalam kegiatan-kegiatan baik perencanaannya, maupun

pelaksanaan pembangunannya, kedua tipe bendungan tersebut

mempunyai banyak persamaan-persamaan yang cukup nyata. 2. Klasifikasi Bendungan Urugan

Sehubungan dengan fungsinya sebagai pengempang air atau pengangkat permukaan air di dalam suatu waduk, maka secara garis besarnya tubuh bendungan merupakan penahan rembesan air ke arah hilir serta penyangga tandonan air tersebut.

Ditinjau dari penempatan serta susunan bahan yang membentuk tubuh bendungan untuk dapat memenuhi fungsinya dengan baik, maka bendungan urugan dapat digolongkan dalam 3 (tiga) tipe utama, yaitu: a) Bendungan urugan homogen (bendungan homogeny).

b) Bendungan urugan zonal (bendungan zonal). c) Bendungan urugan bersekat (bendungan sekat)

Untuk dapat membedakan ketiga tipe tersebut, maka skema serta uraian singkatnya tertera pada Gambar.

1) Bendungan Homogeny

Suatu bendungan urugan digolongkan dalam tipe homogen, apabila bahan yang membentuk tubuh bendungan tersebut terdiri dari tanah yang hampir sejenis dan gradasinya (susunan ukuran butirannya) hampir seragam. Bendungan secara keseluruhannya berfungsi ganda, yaitu sebagai bangunan penyangga dan sekaligus sebagai penahan rembesan air.

Gambar 1. contoh potongan melintang bendungan urugan

2) Bendungan Zonal

Bendungan urugan digolongkan dalam tipe zonal, apabila timbunan yang membentuk tubuh bendungan terdiri dari batuan dengan gradasi (susunan ukuran butiran) yang berbeda-beda dalam urutan-urutan pelapisan tersebut.

Pada bendungan tipe ini sebagai penyangga terutama dibebankan kepada timbunan yang lulus air (zone lulus air), sedang penahan rembesan dibebankan kepada timbunan yang kedap air (zone kedap air). 3) Bendungan Urugan Bersekat (bendungan sekat)

Bendungan urugan digolongkan dalam tipe sekat (facing) apabila di lereng udik tubuh bendungan dilapisi dengan sekat tidak lulus air (dengan kekedapan yang tinggi) seperti lembaran baja tahan karat, beton aspal, lembaran beton bertulang, hamparan plastik, susunan beton blok, dan lain-lain.

B. Pemadatan Tanah

1. Pengertian pemadatan tanah

Pemadatan adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis (menggilas,memukul, mengolah) tanah yang dipakai untuk pembuatan tanah dasar pada jalan,

tanggul/bendungan tanahnya harus dipadatkan, hal ini dilakukan untuk

menaikkan kekuatannya, memperkecil daya rembesan airnya.

Memperkecil pengaruh air terhadap tanah tersebut pada kebanyakan pekerjaan teknik sipil seperti konstruksi misalnya bendungan urugan, tanah fondasi, dan konstruksi lainnya sudah dipastikan perlu adanya pemadatan tanah agar tanah benar-benar kuat dan stabil terhadap beban struktur, non struktur.

Teknik pemadatan merupakan cara perbaikan tanah yang relatif mudah dan sederhana. Dengan pemadatan kuat geser tanah akan meningkat (improvement) sehingga meningkatkan kuat dukung pondasi. Pada pemadatan tanah tanah semula akan diberi energi mekanis yang dinamis (berulang-ulang) sehingga volume tanah berkurang yang kemudian nilai berat volume tanahnya bertambah. Pengurangan volume tanah terjadi karena volume udara termanfaatkan.Contoh yang banyak ditemui adalah roler (stum) pada pekerjaan pemadatan tanah.

Bentuk lain dari pengurangan volume tanah adalah dengan cara konsolidasi. Cara konsolidasi yaitu memberikan energi dengan beban yang diam dalam jangka waktu tertentu. Cara ini khusus untuk

tanah-tanah kohesif. derajat pemadatan suatu tanah-tanah diukur dalam berat volume kering. pada saat pemadatan air berfungsi sebagai pelunak (softening agent). pada mulanya saat kadar air 0% berat volume sama dengan berat

volume kering. Jika kadar air bertambah maka berat volume akan bertambah pula,tapi pada batas tertentu (OMC dan MDD) apabila kadar air ditambah lagi berat volume akan menurun. Hal ini disebabkan apabila sudah padat diberi air lagi partikel tanah akan bergerak dan rongga akan diisi air. Untuk mengetahui berat volume kering maksimum, dilakukan uji Laborotorium Proctot Standar.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi Jenis tanah, kadar air, Cara pemadatan, energi pemadatan (frekuensi pemadatan) pemadatan tanah yang baik tidak hanya sekali akan tetapi biasanya 3 kali. pada pemadatan tanah di lapangan spesifikasi adalah 90-95 % dari berat volume maksimum yang telah ditentukan pada uji proctor. untuk mengetahui berat volume di lapangan perlu adanya pengujian.

Tingkat pemadatan diukur dari berat volume kering yang dipadatkan. Bila air ditambahkan pada suatu tanah yang sedang dipadatkan, air tersebut akan berfungsi sebagai unsur pembasah atau pelumas pada partikel-partikel tanah. Karena adanya air, partikel–partikel tersebut akan lebih mudah bergerak dan bergeseran satu sama lain dan membentuk kedudukan yang lebih rapat atau padat.

Untuk usaha pemadatan yang sama, berat volume kering dari tanah akan naik bila kadar air dalam tanah (pada saat dipadatkan) meningkat.

Kadar air yang ditingkatkan terus secara bertahap pada usaha pemadatan yang sama, maka berat dari jumlah bahan padat dalam tanah persatuan volume juga akan meningkat secara bertahap pula. adanya penambahan kadar air justru cenderung menurunkan berat volume kering dari tanah. Hal ini disebabkan karena air tersebut kemudian menempati ruang–ruang pori dalam tanah yang sebetulnya dapat ditempati oleh partikel–partikel padat dari tanah. Kadar air dimana berat volume kering maksimum tanah dicapai disebut kadar air maksimum.

Ukuran kepadatan tanah sama dengan besarnya berat volume kering tanah tersebut = γk Memeriksa kepadatan tanah sama dengan menentukan berat volume keringnya, kemudian membandingkan dengan berat volume kering maksimum tanah tersebut. Kepadatan tanah diperiksa setelah selapis urukan tanah digilas atau ditumbuk.

a) Berat volume tanah basah γb

𝛾𝑏 =

𝑊

𝑉 ...( 1 ) b) Berat volume kering γk

𝛾𝑘 =

_𝐼+𝑊𝛾𝑏

...( 2 ) Selain kadar air, faktor-faktor yang mempengaruhi pemadatan adalah jenis tanah dan usaha pemadatan. Jenis tanah yang diwakili oleh distribusi ukuran butiran, bentuk butiran tanah, berat spesifik bagian padat tanah. Selain itu jumlah serta jenis mineral lempung yang ada pada tanah mempunyai pengaruh besar terhadap harga berat volume kering

maksimum dan kadar air optimum dari tanah tersebut. Pada kadar air yang lebih rendah, adanya tegangan terik kapiler pada pori-pori tanah mencegah kecenderungan partikel tanah untuk bergerak dengan bebas untuk menjadi lebih padat. Kemudian tegangan kapiler tersebut akan berkurang dengan bertambahnya kadar air sehingga partikel-partikel menjadi mudah bergerak dan menjadi lebih padat. Bila usaha pemadatan persatuan volume tanah berubah. Kurva pemadatan juga akan baru, tetapi harap dicatat bahwa tingkat kepadatan suatu tanah tidak langsung padat. Sesuai dengan pola aliran ketika air mengalir melalui medium seperti akan terjadi kehilangan energi dan terserap oleh tanah dan sangat saling mempengaruhi satu sama lain antara pola aliran dan urugan tanah sampai masuk menembus konstruksi sehingga mengakibatkan kerusakan atau pergeseran tanah yang mengakibatkan sangat fatal dalam perencanaan konstruksi, oleh karena itu perlu memang dilakukan pemadatan tanah untuk menjaga kestabilan bendungan dari rembesan air. 2. Konsep dasar pemadatan tanah

Konsep Dasar Pemadatan Semua material jenis tanah untuk konstruksi harus dipadatkan. Maksud pemadatan tersebut ialah:

1) Untuk menaikkan kepadatan (density) dari tanah.

2) Untuk menaikkan kekuatan tahanan (bearing strength) dari tanah. 3) Untuk mengurangi sifat kemudahan ditembus oleh air (permeability)

Secara umum, semakin padat tanah semakin besar kekuatannya dan kemampuannya menahan gaya geser (shearing force). Pemadatan tanah (earthwoks compaction) ialah dimana sejumlah tanah yang terdiri dari partikel padat (solid particles),air dan udara direduksi volumenya dengan menggunakan beban. Beban tersebut dapat berupa beban yang bergerak (rolling),beban yang dipukulkan (tamping) maupun beban yang digetarkan (vibrating). Kepadatan didapat dengan keluarnya udara dari antara butiran tanah dimana proses ini merupakan kebalikan dari proses konsolidasi yang merupakan keluarnya air dari antara butir-butir tanah. Besarnya kepadatan yang diperoleh tergantung dari usaha alat pemadat yang digunakan, jenis material tanah, kadar air (moisture content) dan persentase rongga udara (air voids) yang ada pada tanah. Besarnya kepadatan tersebut diukur dalam berat jenis kering tanah (dry unit weight of soil) atau kepadatan kering tanah (dry density).

C. Sifat Fisik dan Mekanis Tanah

Sifat fisik tanah merupakan sifat tanah yang berhubungan dengan bentuk/kondisi asli tanah. Sifat tanah diantaranya tekstur, struktur, porositas, berat is, berat jenis partikel, potensi aira tanah (pF) dan permeabilitas.

Tanah lempung dan mineral lempung adalah tanah yang memiliki partikel-partikel mineral tertentu yang menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila dicampur dengan air” (Grim, 1953). Partikel-partikel tanah yang berukuran lebih kecil dari 2 mikron (=2μ), atau <5 mikron menurut

sistem klasifikasi yang lain, disebut saja sebagai partikel berukuran lempung dari pada disebut lempung saja. Partikel-partikel dari mineral

lempung umumnya berukuran koloid (<1μ) dan ukuran 2μ merupakan

batas, atas (paling besar) dari ukuran partikel mineral lempung.

Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran butirannya saja tetapi perlu diketahui mineral yang terkandung didalamnya. ASTM D-653 memberikan batasan bahwa secara fisik ukuran lempung adalah partikel yang berukuran antara 0,002 mm sampai 0,005 mm sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung (Hardiyatmo,1999) adalah sebagai berikut:

1) Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm 2) Permeabilitas rendah

3) Kenaikan air kapiler tinggi 4) Bersifat sangat kohesif

5) Kadar kembang susut yang tinggi 6) Proses konsolidasi lambat

Tanah merupakan materi dasar yang menerima sepenuhnya penyaluran beban yang ditimbulkan akibat konstruksi bangunan yang dibuat diatasnya. Tanah yang ada di permukaan bumi mempunyai karakteristik dan sifat yang berbeda-beda, sehingga hal merupakan suatu tantangan bagi perekayasa konstruksi untuk memahami perilaku tanah yang dihadapi dalam perencanaan konstruksi bendungan, penelitian

terhadap sifat-sifat yang dimiliki tanah, yang tentunya hasilnya tidak mutlak.

Dalam pengertian teknik secara umum tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dan butiran-butiran mineral padat yang tidak tersegmentasi (terikat secara kimia) antara satu dengan yang lainnya dan

merupakan partikel padat hasil penguraian bahan organik yang telah lapuk yang berangkai dengan zat cair dan gas sebagai pengisi ruang- ruang kosong antar organik yang telah lapuk yang berangkai dengan zat cair dan gas sebagai pengisi ruang- ruang kosong antar partikel.

Tanah merupakan kumpulan butir-butiran mineral alam yang melekat tetapi tidak erat, sehingga masih mudah dipisah-pisahkan. Tanah yang lokasinya pindah dari tempat terjadinya akibat aliran air, angin, dan es disebut transported soil. Tanah yang tidak pindah lokasinya dari tempat terjadinya disebut residual soil. Misalnya tanah yang berbutir halus mempunyai rembesan yang kecil dan daya rembes yang besar. Sedangkan tanah yang berbutir kasar memiliki rembesan yang besar dan daya rembesan yang kecil. Tanah yang bersifat rembesan kecil dan daya rembesan besar disebabkan ukuran pori-pori dan butiran-butiran tanah yang kecil, sedangkan tanah yang bersifat kecil disebabkan ukuran

pori-pori dan butiran tanah yang besar. Ukuran pori-pori dan butiran-butiran tanah mempengaruhi cepat

lambatnya aliran air. Air yang melewati pori-pori akan membawa partikel partikel tanah menuju hilir sungai, sehingga partikel-partikel tanah yang

terbawa merupakan pembesaran ruang pori diantara butiran tanah. Hal ini akan menyebabkan debit air yang mengalir semakin besar dan volume tanah akan berkurang. Berkurangnya volume tanah akan mempengaruhi kondisi bangunan disekitar aliran, seperti penurunan, stabilitas pondasi, dan stabilitas lereng. Apabila hal ini dibiarkan maka bangunan di atas jenis tanah ini akan mengalami penurunan kemudian akan mengalami patahan dan debit air yang besar bangunan air tersebut dapat terbawa arus air. bendung merupakan bangunan yang selalu berhubungan dengan air untuk mengurangi bahaya rembesan dibawah bendungan. digunakan berbagai cara. Sebagai cara pertama yaitu, dengan menggunakan turap ini dapat sebagai cara pertama yaitu, dengan menggunakan turap. Sebagai cara pertama yaitu dengan menggunakan turap. Turap ini dapat diberikan dibagian hulu dan hilir bendung, turap dapat juga diberikan hanya pada bagian hulu atau bagian hilir bendung.

Cara kedua yaitu, memperbesar badan bendungan berfungsi untuk memperpanjang jarak tempuh air dari hulu sampai ke bendungan Turap bermanfaat pada stabilitas bendungan, dihitung dengan rumus empiris yang terdapat pada berbagai literatur. Agar proses dapat diamati maka dibuat alat peraga dari mikha acrylic yang diisi dengan pasir.

Gaya tekan air yang terjadi pada struktur bagian bawah bendungan. Untuk perhitungan gaya tekanan air di Laboratorium digunakan dengan pipa piezometer. Pipa piezometer diletakkan pada titik ditinjau dan akan terisi air yang melewati tabung berisi tanah. Ketinggian air didalam pipa

piezometer menunjukkan tekanan air pada titik tersebut dan diukur dalam

millimeter atau meter. Ketinggian air didalam piezometer merupakan

muka piezometer, sedang tekanan air pada kedalaman ini disebut tekanan pizometrik (piezometric toad).

Tekanan air pada pipa piezometer timbul karena adanya tarikan lapisan tipis permukaan air disebelah atas (Hardiyatmo,1955). Tarikan permukaan adalah hasil perbedaan gaya tarik antara molekul-molekul pada bidang singgung pertemuan dua material yang berbeda sifatnya. Ketinggian air dalam pipa piezometer akan lebih tinggi dari pada tinggi air dalam tabung berisi air tekanan air yang terjadi merupakan tekanan kapiler,dan menyebabkan air tanah tertarik ke atas melebihi permukaan air di dalam bejana. Untuk menentukan besarnya gaya tekanan air ke atas di bawah bendungan, diperoleh dengan penggambaran garis aliran dan ekipotensial kalau kita melihat analisis teori rembesan yang didasarkan Hardiayatmo,1995 bahwa tanah yang dianggap homogen dan isotropis merupakan tanah yang memiliki nilai koefisen permabilitas yang sama pada semua arah.

1) Tekstur Tanah

Tekstur tanah merupakan penampakan visiual suatu tanah berdasarkan komposisi kualitatif dari ukuran butiran tanah dalam suatu massa tanah tertentu (bowles, 1989). Menurut soepardi (1983), kelas tekstur tanah dibagi ke dalam tiga kelas dasar, yaitu pasir, lempung, dan liat. Golongan pasir meliputi tanah yang mengandung

sekurang-kurangnya 70% dari bobot/beratnya adalah pasir. Golongan tanah liat merupakan tanah tanah yang mengandung paling sedikit 35% liat. Selama persentase liat lebih dari 40%, sifat tanah tersebut ditentukan oleh kandungan liatnya dibedakan atas liat berpasir dan liat berdebu. Kelompok lempung sendiri secara ideal terdiri dari pasir, debu, dan liat yang memperliahatkan sifat-sifat ringan dan berat dalam perbandingan yang sama. Tanah dengan fraksi pasir yang tinggi memiliki daya lolos air yang tinggi, sebaiknya tanah dengan fraksi liat yang tinggi memiliki kemampuan menyerap air yang rendah.

Badan Pertanahan Nasional mendefinisikan bahwa tekstur tanah adalah keadaan tingkat kehalusan tanah yang terjadi karena terdapatnya perbedaan komposisi kandungan fraksi pasir, debu dan liat yang terkandung pada tanah. Dari ketiga jenis fraksi tersebut partikel pasir mempunyai ukuran diameter paling besar yaitu 2 – 0.05 mm, debu dengan ukuran 0.05 – 0.002 mm dan liat dengan ukuran < 0.002 mm. Maka dapat terjadi bahwa pada suatu tanah, butiran pasir merupakan penyusun yang dominan, pada kasus lain liat merupakan penyusun tanah yang terbesar. Sebaliknya pada tempat lain, kandungan pasir, liat dan lempung terdapat sama banyaknya. Perbandingan tersebut akan mudah terlihat pada grafik segitiga seperti terlihat pada gambar 4.

2) Kadar Air Tanah

Kadar air tanah atau kelembapan tanah (soil moisture) adalah perbandingan anatara massa air dengan kepadatan dalam tanah. Kadar

air dapat ditentukan dari nisbah antara berat air dengan berat tanah kering (basis kering), atau nisbah antara berat air dengan berat tanah basah (basis basah), atau nisbah antara volume air dengan volume tanah utuh (basis volume). Kadar air yang umum digunakan adalah basis kering dan basis volume.

Gambar 4. grafik segitiga perbandingan tekstur tanah 3) Struktur Tanah

Struktur tanah adalah bentuk tertentu dari gabungan sekelompok partikel-partikel primer tanah. Struktur tanah dapat dibedakan menjadi struktur lepas (single grained). Masif dan agregat. Suatu penampang tanah dapat didominasi oleh corak struktur tertentu. Sifat aersi, permeabilitas dan kapasitas menahan air, sifat drainase serta sifat-sifat mekanik tanah sangat dipengaruhi oleh strukturnya. Tanah dengan

struktur yang baik (granular atau remah) mempunyai tata udara yang baik, sehingga unsur-unsur hara lebih mudah tersedia dan lebih mudah diolah. 4) Permeabilitas Tanah

Permeabilitas adalah sifat bahan berpori yang memungkinkan terjadinya rembesan aliran baik berupa air atau minyak lewat rongga porinya. Pori-pori tanah saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya, sehingga air dapat mengalir dari titk yang mempunyai tinggi energi lebih tinggi ke titk yang mempunyai energi lebih rendah. Pada tanah, permeabilitas digambarkan) sebagai sifat tanah melewatkan air melalui tubuh tanah. Permeabilitas atau daya rembesan merupakan kemampuan tanah untuk dapat melewatkan air. Air yang dapat melewati tanah hampir selalu berjalan linier, yaitu jalan atau garis yang ditempuh air merupakan garis dengan bentuk garis yang teratur (smooth curve) (wesley, 1973). Karena itu, permeabilitas tanah penting untuk mengevaluasi jumlah rembesan (seepaage) dan gaya/daya rembesan, menyediakan kontrol terhadap kecepatan rembesan dan studi tentang laju penurunan (konsolidasi) yang terjadi pada suatu gradien tertentu, dimana perubahan volume tanah terjadi saat air tersingkir dari rongga tanah (Bowles, 1989). Klasifikasi permeabilitas tanah disajikan pada Tabel 1.

Permeabilitas akan menurun dengan naiknya tingkat kepadatan dan akan mencapai nilai terkecil pada kadar air optimum (Sumarno, 2003). Pada kondisi kadar air setelah optimum, permeabilitas cenderung mengalami sedikit kenaikan dengan menurunnya tingkat kepadatan.

Kondisi ini disebabkan tanah kering kepadatannya relatif kecil karena kekurangan air sehingga cenderung lebih banyak menyerap air, sedangkan pada kadar air optimum tingkat kepadatan tanah mencapai maksimum sehingga air yang teresap sangat sedikit. Setelah kadar air optimum, air akan teresap lagi tetapi dalam jumlah yang sangat sedikit karena kondisi tanah sudah basah/jenuh.

Tabel 1. Klasifikasi permeabilitas tanah

Kelas Permeabilitas (cm/jam)

Sangat rendah < 0.125 Rendah 0.125-0.500 Agak rendah 0. 5-2.0 Sedang 2.00-6.35 Agak cepat 6.35-12.70 Cepat 12.7-25.4 Sangat cepat >25.4

Sumber : Sitorus (1980) Praja (2007)

Menurut herlina (2003), bertambahnya kadar air, berat isi kering tanah semakin bertambah besar dan koefisien permeabilitas semakin kecil. Pada saat pemadatan maksimum (kadar air optimum), berat isi %kering mencapai maksimum dan permeabilitas mencapai minimum. Bila dalakukan penambahan air melebihi optimum pada tanah maka berat isi kering tanah semakin kecil dan permeabilitas menjadi semakin besar. 5) Berat Jenis Partikel Tanah

Berat jenis partikel (specific gravity) tanah (Gs) adalah pebandingan antara berat volume butiran padat (

γs

) dengan berat volume air (γw)pada suhu 4%C (Hardiyatmo, 1992). Nilai jenis partikel tanah dapat dilihat pada

Tabel 2. Berat jenis tanah

Jenis Tanah Berat Jenis (Gs)

Kerikil 2.65-2.68

Pasir 2.65-2.68

Lanau tak organic 2.62-2.68

Lanau organic 2.58-2.65

Lempung tak organic 2.68-2.75

Humus 1.37

Gambut 1.25-1.80

Sumber : Hardiyatmo (1992)

6) Berat Isi Tanah (Bulk Densitiy)

Berat jenis tanah didefinisikan sebagai perbandingan antara berat tanah total dengan vo;ume tanah total (Wesley, 1973). Berat isi tanah merupakan salah satu indikator kepadatan tanah. Makin padat suatu tanah, maka nilai berat isi tanah semakin besar, sehingga tanah makin sulit untuk melewatkan air. Berat isi tanah dapat dinyatakan sebagai berat isi kering (dry bulk dencity) atau sebagai berat isi basah (wet bulk density) (Hakim, et al., 1986)

Kalsim dan sepai (2003) menyatakan nilai berat isi kering selalu lebih kecil dari pada nilai berat isi basah. Nilai berat isi kering bervariasi dari 1000 sampai 1800 kg/m³. Semakin halus partikel tanah atau semakin tinggi kandungan bahan organik maka bulk density akan semakin rendah. Akan tetapi jika tanah maengalami pemadatan maksimal maka tanah bertekstur halus menunjukkan berat isi kering yang lebih besar dari pada bertekstur kasar.

7) Porositas

Menurut Terzaghi dan Peck (1987) porositas didefinisikan sebagai rasio ruang pori terhadap volume total agregat tanah. Porositas juga merupakan perbandingan antara volume total, yang dinyatakan sebagai suatu butiran. Poro-pori adalah bagian tanah yang tidak terisi oleh padatan tanah (soild), sehingga memungkinkan masuknya unsur gas dan cairan. Porositas tanah dipengaruhi oleh kandungan bahan organik , struktur tanah, dan tekstur tanah (Hardiyatmo, 1992). Lebih penting dari porositass adalah sebaran ukuran pori . tanah berpasir dan tanah berliat mungkin mempunyai porositas yang hampir sama, akan tetapi sifat-sifatnya yang berhubungan dengan simpanan air.

Ruang pori tanah dibagi atas pori makro dan pori mikro. Pori makro berisi udara dan air gravitasi yaitu air yang mudah hilang oleh gaya gravitasi, sedangkan pori mikro berisi air kapiler atau udara. Tanah pasir mempunyai pori-pori makro yang lebih banyak dibandingkan dengan tanah liat. Diameter pori menurut kalsim dan sapei (2003) dapat diklasifikasikan sebagai :

a) Pori makro (> 100 µm), dapat dilihat dengan mata telanjang sangat penting untuk aerasi dan drainase (aliran gravitasi) tanah.

b) Pori meso (30-100 µm) efektif dalam gerakan air baik vertikal keatas maupun ke bawah (aliran kapiler).

c) Pori mikro (< 30 µm), dapat menahan air pada periode kering dan melepaskannya dengan sangat lambat

8) Angka Pori (e)

Angka pori adalah rasio terhadap volume bahan padat (Terzaghi dan peck, 1987). Angka pori merupakan perbandingan antara volume pori dan volume butiran padat. Angka pori juga merupakan rasio antara volume pori dan volume padat, yang dinyatakan dalam bentuk desimal (Dunn, et al., 1979). Angka pori merupakan fungsi dari kepadatan tanah.

9) Potensial Air Tanah (pF)

Muka air tanah (Iwater tabel) atau phreatic surfface adalah bidang batas dari kondisi tanah jenuh air. Daerah di atas muka air tanah disebut zona tak jenuh. Air dalam tanah baik jenuh maupun tak secara umum disebut lengas tanah (soil moiture), sedangkan istilah air tanah (ground water) menunjukkan air yang dikandung oleh tanah jenuh dibawa muka air

tanah (kalsim dan sapei, 2003).

Tingkat energi air tanah bervariasi sangat besar. Perbedaan tingkat enrgi air tanah tersebut memungkinkan air bergerak dari satu zone yang lainnya dalam tanah. Air tanah akan bergerak dari tempat dengan tingkat energi yang tinggi (misalnya muka air tanah) ke tempat energi yang lebih rendah (misalnya tanah kering). Dengan mengetahui tingkat energi dari beberapa tempat di dalam profil tanah., maka dapat dipredeksi pergerakan air tanah (Hakim, et al., 1986). Potensial air tanah menurun dengan meningkatnya kandungan air (makin banyak air tanah, makin berkurang energi yang diperlukan menahan air dalam tanah).

Daya ikat tanah terhadap air (pF) setelah pemadatan lebih kecil dibandingkan daya ikat tanah terhadap air (pF) tanah dalam kondisi kapasitas lapang (Herlina, 2003). Hal ini ditunjukkan dengan kadar air untuk pF yang sama pada kedalaman sama antara tanah pada kondisi kapasitas lapang dengan tanah yang sudah mengalami pemadatan, diamana terlihat kadar air tanah yang telah dipadatkan jauh lebih kecil dabandingkan dengan tanah pada kondisi kapasitas lapang. Pemadatan menurunkan pori makro dan pori total sehingga energi yang diperlukan untuk menahan air lebih kecil, tetapi cenderung menaikkan pori berukuran sedang.

Sifat mekanik tanah merupakan sifat yang berhubungan dengan pergerakan tanah. Sifat mekanik terdiri atas konsistensi tanah dan pemadatan tanah.

1) Konsistensi Tanah

Istilah konsistensi berhubungan dengan derajat adhesi antara partikel tanah tahanan yang muncul guna melawan gaya yang cenderung berubah atau meruntuhkan agregat tanah. Konsistensi digambarkan dengan istilah-istilah seperti keras, kaku, rapuh, lengket, plastik, dan lunak. Konsistensi tanah tergantung pada tekstur,sifat, jumlah, koloid-koloid inorganik dan organik, struktur dan terutama kandungan air tanah. Dengan berkurangnya kandungan air umumnya tanah-tanah akan kehilangan sifat melekatnya (stiknees) dan plastisitasnya sehingga dapat

menjadi gembur (friable) dan lunak (soft) dan akhirnya jika kering menjadi lengket (coherent) (Hakim, et al, 1986).

Tabel 3. Nilai indeks plastisitas (IP) beberapa praksi tanah

Fraksi Tanah Plastisitas IP (%)

Pasir (sand) Nonplastis 0

Debuh (sild) Plastistas rendah < 7 Liat berlanau ( loamiclay) Plastisitas sedang 7 – 17 Liat (clay) Plastisitas tinggi >17 Sumber : Hardiyatmo (1992)

Konsistensi tanah biasanya dinyatakan dengan batas cair can batas plastis (disebut juga batas-batas Atterberg). Atterberg (1991) dalam Hardiyatmo (1992) memberikan cara untuk menggambarkan batas-batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan mempertimbangkan kandungan kadar airnya. Karena batas-batas ini tidak merupakan sifat fisika yang jelas, maka dipakai cara empiris untuk menentukannya (wesley, 1973). Tabel 3 menyajikan nilai indeks plastisitasnya beberapa fraksi tanah.

2) Pemadatan Tanah

Pemadatan adalah usaha sebanayak mungkin mengeluarkan udara dari celah-celah di antara butiran-butiran tanah, agar dapat dicapai tingkat kerapatan butiran-butiran bahan tanah yang semaksimal mungkin (Sosrodarsono dan Takeda, 1977). Pemadatan tanah yang juga merupakan suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan proses konsolidasi. Konsolidasi adalah pemampatan tanah oleh beban statis di atasnya dalam waktu yang lama sedangkan pemadatan

merupakan peristiwa bertambah beratnya volume kering oleh beban dinamis dalam waktu relatif singkat, pemadatan bertujuan untuk memperbesar kekuatan geser tanah, menguranagi sifat mudah mampat (kompresibilitas), mengurangi permeabilitas, dan mengurangi perubahan volume tanah sebagai akibat perubahan kadar air (Hardiyatmo, 1992).

Wesley (1973) berpendapat bahwa semakin rendah air maka tanah akan semakin keras dan kaku sehingga sulit dipadatkan. Apabila kadar air ditambah maka air tersebut akan berfungsi sebagai pelumas sehigga tanah akan lebih mudah dipadatkan, kepadatan akan menurun karena pori-pori tanah terisi air yang tidak dpat dikeluarkan dengan cara pemadatan. Kepadatn tanah biasanya diukur dengan menentukan berat isi keringnya, bukan dengan menentukan angka porinya. Lebih tinggi berat isi kering berarti tanah tersebut lebih padat.

Terzaghi dan Peck (1987) berpendapat bahwa tingkat pemadatan tertinggi terjadi pada kadar air 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 kelmbaban (optimum moisture control).

Pengujian pemadatan dilaboraturium dapat dilakukan dengan beberapa cara 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 dongrak hidrolis.

c) Pemadatan getar yaitu pemadatan yang menggunakan daya pgetar mesin vibrasi.

Dari ketiga metode pengujian tersebut, yang paling luas penggunaanya dan dianggap sebagai pemadatan standar adalah metode

penumbukan. Hal tersebut disebabkan karena peralatan dan

pelaksanaanya cukup sederhana serta hasilnya juga cukup baik.

Tabel 4. Harga-harga k untuk berjenis-jenis tanah.

Jenis tanah Koefisien permeabilitas (cm/det) Kerikil berpasir

Pasir kasar bersih Pasir halus Pasir kelanauan Lanau Lempung 1,0 1,0 – 10-2 10-2 – 5x10-2 5x10-2 – 10-3 2x10-3 – 10-4 10-6 _{– 10}-9 D. Debit Rembesan

Debit rembesan (aliran) adalah kapasitas rembesan air yang mengalir ke hilir melalui tubuh dan pondasi tanggul. Debit rembesan suatu tanggul mempunyai batas-batas tertentu yang apabila debit rembesan melampaui batas tersebut, maka kehilangan air yang akan terjadi akan cukup besar. Disamping itu debit rembesan yang besar dapat menimbulkan gejala sufosi piping serta gejala sembulan (boiling) yang

sangat membahayakan kestabilan tubuh tanggul (Sosrodarsono dan Takeda, 1977) Menurut Soedibyo (1993) debit rembesan harus dibatasi yaitu 2% sampai 5% dari debit rata-rata yang masuk ke dalam waduk atau saluran. Semakin besar debit rata-rata yang mengalir pada saluran irigasi maka persentase maksimal yang diambil harus semakin kecil.

Hukum darcy dapat digunakan untuk menghitung debit rembesan yang melalui struktur bendungan. Dalam merencanakan sebuah bendungan, perlu diperhatikan stabilitasnya terhadap bahaya longsoran, erosi lereng dan kehilangan air akibat rembesan yang melalui tubuh bendungan. Terdapat beberapa metode untuk menghitung debit rembesan yang melewati tanggul yang dibangun dari tanah urugan homogen diantaranya adalah :

1) Metode Dupuit

Gambar 5. Seepage through earth dam with tail water

Pada gambar di atas terdapat perbedaan tinggi muka air antara bagian hulu ( h1 ) dan hilir atau tail water ( h2 ). Dalam hal ini Dupuit

mengasumsikan rembesan per-unit dalam koordinat x dan y dalam rumus:

𝑞 = −𝑘𝑦

𝑑𝑦

𝑑𝑥... (3) Integrasi dan disubtitusikan dengan boundary conditions x = 0, y = h1 dan x = L, y = h2 ditentukan sebuah rumus :

𝑞 =

𝑘 ( ℎ1²−ℎ22)

2𝐿 ... (4) Dengan:

h₁ = tinggi muka air dihulu bendungan (cm) h₂= tinggi muka air dihilir bendungan (cm) L = panjang jarak horizontal

K = koefisien permeabilitas

Persamaan di atas disebut Dupuit’s formula. Sedangkan untuk

menentukan bentuk formasi garis depresi, ditentukan dengan

menentukan tinggi h, seperti terjelaskan pada gambar :

Gambar 6. Persamaan Metode Dupuit

ℎ = ℎ12 _{− (ℎ}

2) Metode Schaffernak dan Van Iterson

Ditemukan pada tahun 1916 oleh Schaffernak dan Iterson , metode ini digunakan pada bendungan type homogen tanpa mempergunakan tail water yaitu h2 tinggi air pada bagian hilir. Seperti terlihat pada gambar

berikut ini :

( a )

( b )

( c )

Terhadap CAB, didapatkan perhitungan per-unit lebar dengan x positive diambil di sebelah kiri yaitu :

𝑞 = 𝑘𝑎. sin 𝛼 . tan 𝛼

... (6)

Dimana

𝑎

adalah panjang permukaan seepage seperti terlihat pada

gambar di atas. Untuk menentukan nilai

𝑎

dipergunakan rumus

persamaan berikut :

𝑎 =

𝑑 cos 𝛼

−

𝑑2 𝑐𝑜𝑠 ²𝛼

−

ℎ² 𝑠𝑖𝑛 ²𝛼...(7) Selain menggunakan rumus di atas nilai a bisa didapatkan dengan metode grafik seperti pada gambar 3b, pertama-tama dari nilai yang sudah diketahui ( d, h ) didapatkan titik perpotongan yang diterusakan ke arah vertikal yaitu titik 1 dan ke arah horizontal yaitu titik 2. Kemudian dari semicircle 1-C dan 2-C dengan C sebagai pusat circle didapatkan titik perpotongan dengan setengah lingkaran 1-C, dinamakan titik 3, selanjutnya radius 1-3 dibuat lingkaran dengan 1 sebagai pusat lingkaran ditemukan titik perpotongan dinamakan titik B jarak titik B dengan C adalah a. Selanjutnya titik yang lain dapat dilihat seperti yang terjelaskan pada gambar 3.

3) Metode L. Cassagrande

Menurut asumsi Dupuit bahwa hidrailic gradien sebanding dengan dy/dx maka L. Cassagrande menganalisa bahwa hidraulic gradien sebanding dengan dy/ds, dimana s adalah panjang busur dari seepage line. Seperti terjelaskan pada gambar berikut ini :

( a )

( b )

Gambar 8. Persamaan Metode L. Cassagrande

Casagrande (1937) mengusulkan cara untuk menghitung rembesan lewat tubuh bendungan yang didasarkan pada pengujian model. Besarnya debit rembesan dapat di tentukan dengan persamaan.

𝑞 = 𝑘𝑎. 𝑠𝑖𝑛²𝛼

... ( 8 ) dinmana :

a = tinggi garis kemiringan hilir dari dasar bendungan ( cm ) d = jarak lintasan rembesan di dasar bendungan jarak E-C ( cm ) H = tinggi muka air banjir MAB (cm )

α = sudut kemiringan lereng hilir bendungan ( ° ) k = koefisien permeabilitas

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Hidroloika Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, dengan waktu penelitian selama 3 bulan mulai Agustus – November 2015.

B. Jenis Penelitian dan Sumber Data

Jenis penelitian yang digunakan adalah eksperimental, dimana kondisi tersebut dibuat dan diatur oleh peneliti dengan mengacu pada literatur-literatur yang bekaitan dengan penelitian tersebut serta adanya control, dengan tujuan untuk menyelidiki ada tidaknya hubungan sebab akibat serta berapa besar hubungan sebab akibat tersebut dengan cara memeberikan perlakuan-perlakuan tertentu pada jenis sample tanah dengan perbandingan kepadatan tanah terhadap daya rembesan, sehingga memungkinkan terbukanya pori-pori tanah sangat kecil setelah tanah dipadatkan.

Pada penelitian ini akan menggunakan dua sumber data yakni: 1) Data Primer yakni data yang diperoleh secara langsung dari simulasi

model fisik Laboratorium.

2) Data Sekunder yakni hasil penelitian yang sudah ada baik yang telah dilakukan di Laboratorium maupun dilakukan ditempat lain yang berkaitan dengan penelitian tentang pengaruh kepadatan tanah terhadap rembesan dan pola aliran pada tubuh bendungan urugan.

C. Alat, Bahan dan Model Penelitian

Adapun spesifikasi jenis alat, bahan dan model penelitian yang dipergunakan dalam percobaan antara lain:

1. Alat

1) Eunha permeability tank model

2) Mistar ukur untuk mengukur kedalaman air dan elevasi dasar saluran sebelum dan sesudahnya

3) Mesin pompa air untuk digunakan pengisian air ke dalam alat Eunha Permeabeality Tank Model

4) Stop watch

5) Ayakan no. 4 dan no. 8 6) Bejana ukur/Gelas ukur

7) Kamera dan peralatan lainya yang digunakan untuk foto dokumentasi. 8) Selam air 9) Spidol 2. Bahan 1) Tanah lempung 2) Balok kayupenumbuk 3) Air tawar 4) Zat pewarna 5) Kertas 6) Pulpen

3. Model Penelitian

Penyusunan model penelitian ini dengan menggunakan alat Eunha Permeability Tank model EH – PMT – 1800 Material 15 mm Acryl plate denganstandar volume 600 mm scale dengandimensi 460 w x 700 H (mm). Dapat ditunjukan sesuai pada Gambar 10.

Gambar 9. Eunha Permeability Tank

D. Variabel yang Penelitian

Sesuai dengan tujuan penelitian yang telah dikemukakan pada Bab. sebelumnya, maka variable yang diteliti yaitu :

1) Variabel bebas : a) Waktu ( t )

b) Tinggi muka air hulu ( h1)

c) Tinggi muka air hili ( h2 )

d) Panjang jarak horizontal ( L )

e) Tinggi garis kemiringan hilir dari dasar bendungan ( a ) f) Jarak lintasan rembesan di dasar bendungan ( d ) g) Sudut kemiringan lereng hilir bendungan (α )

2) Variabel terikat :

a) Debit rembesan ( Qf )

b) Koefisien permeabilitas ( k ) E. Rancangan dan Tahapan 1. Prosedur penelitian

a) Padapenelitian ini digunakan model dengan tubuh bendungan tipe urugan homogeny menggunakan tanah lempung kemerah-merahan. b) Model fisik yang dirancang pada penelitian ini merujuk pada

penelitianKusnan (2008).

c) Kemiringan lereng disesuaikan dengan kemampuan kotak model (Eunha permeability tank model) yaitubagian hulu 1:1,6 dan kemiringan lereng bagian hilir 1:1,6.

d) Pada saat pembentukan, tanah dipadatkan dengan menggunakan balok kayu seberat 2,5 kg.

e) Tanah dipadatkan perlapisan (10cm perlapisan) dengan jumlah tumbukan berbeda.

f) Untuk model bendungan (tanggul 1) tanah ditumbuk sebanyak 5 kali ditempat yang sama dan dengan tinggi jatuhyang sama. Untuk model bendungan (tanggul 2) tanah ditumbuk sebanyak 10 kali, sedangkan untuk model bendungan (tanggul 3) tanah ditumbuk sebanyak 15 kali ditempat yang sama dengan tinggi jatuh yang sama. Sketsa model bendungan dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 10.Sketsa Model bendungan

Keterangan gambar :

A. Titik Pengamatan tekanan di tubuh bendungan B. Pipa Pembuang

C. Tinggi muka air

D. Model bendungan urugan E. Multi tube mano meter F. Pipa pengaliran

2. Prosedur simulasi dan pembuatan model

a) Pengadaan bahan penelitian meliputi air dan tanah lempung berpasir. b) Persiapan peralatan yang digunakan pada penelitian yaitu Eunha

Permeability Tank model EH – PMT – 1800 Material 15 mm Acryl plate dengan standar volume 600 mm scale dengan dimensi 460 w x

700 H (mm).

c) Bahan-bahan berupa tanah lempung berpasir dicetak sebagai dasar bejana alat model fisik.

d) Material pembentuk tubuh model sebelum dipadatkan, diayak terlebih dahulu dengan menggunakan saringan no. 4 dan no. 8.

e) Tanah dipadatkan secara berlapis-lapis dengan tinggi10 cm dan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 13 15 16 18 17 19 20 22 21 1.80 0.60 B A C D E F

ditumbuk dengan menggunakan balok seberat 2,5 kg. Tanah ditimbun hingga membentuk trapezium denganlebar 20c m, panjang 106 cm, dan tinggi 30 cm.

f) Pembentukan tubuh bendungan tersebut berdasakan jumlah tumbukan tanah yang direncanakan.

g) Air diisi pada bagian hulu tubuh bendungan sebagai daerah genangan dengan tinggi muka air maksimum 25 cm.

h) Pengamatan garis aliran pada tubuh bendungan diamati dengan menggunakan zat pewarna yang dialirkan lewat kran pencolok, yang dicolokkan pada tanah model dan tepat pada titik tertinggi pertemuan air dengan tanah model tersebut.

i) Setelah zat pewarna membentuk sebuah garis, baru dapat diplot pada

plastik transparan yang ditempelkan pada dinding permeability tank. j) Observasi dilakukan sebanyak 3 kali dengan jumlah tumbukan yang

berbeda dan dengan tinggi air tampungan 25 cm.

k) Volume air rembesan didapat dari gelas ukur yang ditadahkan pada outlet rembesan hingga mencapai suatu harga volume pada gelas ukur dengan catatan waktu tertentu.

l) Pengolahan data setelah menentukan hasil nilai penelitian dalam setiap proses tahapan selama dilakukan running.

Model bendungan yang direncanakan merupakan model dengan skala horizontal 1 : 35 dan vertikal 1 : 100 diambil dengan pertimbangan

untuk disesuaikan dengan alat kotak model (EunhaPermeability Tank). Dimensi model selengkapnya tertera pada Tabel 5.

Tabel 5. Dimensi Bendungan

Dimensi Ukuran Lapangan Model

H (tinggi muka air), cm 875 25

Hf (tinggi jagaan), cm 175 5 Hd (tinggi tanggul), cm 1050 30 B (lebar atas/mercu), cm 210 6 L (lebar bawah), cm 3710 106 Kemiringan 1/3 1/3 3. Pencatatan Data

Hal yang penting dalam setiap penelitian adalah pencatatan data pada dasarnya yang diambil adalah yang akan difungsikan sebagai parameter dalam analisa.

F. Analisis Data

Data dari lapangan/laboratorium diolah sebagai bahan analisa terhadap hasil studi ini, sesuai dengan tujuan dan sasaran penelitian. Data yang diolah adalah data yang relevan yang dapat mendukung dalam menganalisa hasil penelitian, antaralain : data debit rembesan (q) dan panjang zona basah (a).

a)

Metode Depuit

𝑞 =

𝑘 ( ℎ

1

² − ℎ

22

)

2𝐿

dimana:

q = debit rembesan (ml/jam)

h₁ = tinggi muka air dihulu bendungan (cm)

h₂ = tinggi muka air dihilir bendungan (cm)

L = panjang jarak horizontal

k = koefisien permeabilitas

Persamaan di atas disebut Dupuit’s formula. Sedangkan untuk

menentukan bentuk formasi garis depresi, ditentukan dengan menentukan tinggi h.

ℎ = ℎ12_{− (ℎ1}2_{− ℎ2²)}𝑥 𝐿

b) Metode Schaffernak dan Van Iterson

𝑞 = 𝑘𝑎. sin 𝛼 . tan 𝛼

Dimana 𝑎 adalah panjang permukaan seepage, untuk menentukan

nilai 𝑎 dipergunakan rumus persamaan berikut :

𝑎 = 𝑑 cos 𝛼− 𝑑2 𝑐𝑜𝑠²𝛼− ℎ² 𝑠𝑖𝑛²𝛼 dimana:

q = debit rembesan (ml/jam)

d = jarak lintasan rembesan di dasar bendungan (cm) h = tinggi muka air dihulu bendungan (cm)

c) Metode L. Cassagrande

𝑞 = 𝑘𝑎. 𝑠𝑖𝑛²𝛼

Dimana 𝑎 adalah panjang permukaan seepage, untuk menentukan nilai 𝑎 dipergunakan rumus persamaan berikut :

𝑎 = (𝑑2+ 𝐻2) - (𝑑2− 𝐻2𝑐𝑡𝑔2𝛼)

dinmana :

q = debit rembesan (ml/jam)

𝑎 = tinggi garis kemiringan hilir dari dasar bendungan (cm)

d = jarak lintasan rembesan di dasar bendungan jarak E-C (cm)

H = tinggi muka air banjir MAB (cm)

α = sudut kemiringan lereng hilir bendungan (°)

G. Flow Chart Penelitian

.

Gambar 11. Bagan AlurPenelitian

Tinggiair tampungan

(25 cm)

Pembentukan tubuh bendungan pada model fisik : 1).Tumbukan 5, 10, dan 15 kali. 2). Kemiringan lereng ; a.bagian hulu 1 : 1,6, b.bagian hilir 1 : 1,6

Persamaan garis fretis

berdasarkan kesesuaian

antara uji coba dengan

salah satu metode garis

aliran fretis

Simulasidanpengambilan data :-Garisaliranfretis, -Debit rembesan Studi Li te ra tu r

Uji kesesuaian garis aliran freatis yang dihasilkan dari uji coba dengan salah satu metode : 1. Metode Depuit, 2. Metode Schaffernak, 3. Metode Cassagrande

Persiapan alat model fisik Eunha Permeabelity Tank -Model kotak dinding kaca 10 mm, P=180 cm, L=20 cm, T=60 cm

Kestabilan tubuh bendungan, tinggi air tampungan Perhitungan maximum 25 cm

Pemiliha n Tan ah K e s i m p u M u l a i s e l e s a i

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Tingkat Pemadatan Tanah

Pengujian kepadatan tanah dilakukan dengan memberikan tumbukan pada sampel tanah yang ditempatkan pada wadah silinder (Tabel 6)

Tabel 6. Persentase kepadatan kering terhadap kepadatan kering maksimum (d maks)

No Sampel

Persentase kepadatan kering terhadap d maks(%) 5 Tumbukan 10 Tumbukan 15 Tumbukan

1 69,49% 77,27% 89,67% 2 71,32% 81,22% 87,75% 3 70,55% 77,52% 86,17% 4 69,01% 78,57% 84,93% 5 69,98% 76,56% 86,17% Rata-rata 70,07% 78,23% 86,94%

Dari tabel 6, diperoleh bahwa nilai rata-rata tingkat kepadatan yang dicapai pada 5 kali tumbukan adalah 70,07% berat isi kering 11.87 gr/cm³, pada 10 kali tumbukan78,23% berat isi kering 13,26 gr/cm³ dan pada 15 kali tumbukan dicapai 86,94% berat isi kering 14,62 gr/cm³.

B. Hasil Pengukuran Debit Rembesan Secara Langsung pada Tubuh Model Bendungan

Kapasitas aliran filtrasi adalah kapasitas rembesan air yang mengalir ke hilir melalui tubuh dan pondasi bendungan. Kapasitas filtrasi suatu bendungan mempunyai batas-batas tertentu yang mana apabila kapasitas filtrasi melampaui batas tersebut, maka kehilangan air yang terjadi akan cukup besar.

Pengukuran debit rembesan secara langsung pada model bendungan dilakukan dengan mengukur besarnya debit outletsetip 5 menit hingga didapatkan debit outlet yang konstan. Hasil pengukuran debit outlet seperti tertera pada Tabel 7.

Tabel 7. Hasilpengukuran debit rembesan secara langsung pada masing-masing kepadatan. Ulangan Waktu (menit) q0ut(ml/jam) Kepadatan 70,07% Kepadatan 78,23% Kepadatan 86,94% 0 0 0 0 0 1 5 4020 3120 600 2 10 4830 3510 1200 3 15 6148 4000 1400 4 20 6861 4290 1695 5 25 7385 4500 1908 6 30 7754 4640 2060 7 35 8018 4740 2169 8 40 8216 4815 2273 9 45 2353 10 50 2418 11 55 2471 q0utRata-rata = 6654 4202 1868 Sumber :PengolahanData, 2015.

Pada gambardiatasmenunjukkan bahwa rata-rata debit outlet yang terjadi pada 3 kali pembuatan tanggul untukkepadatan 70,07% debit outlet sebesar 6654 ml/jam, untuk kepadatan 78,23% debit outlet sebesar 4202 ml/jam dan kepdatan 86,94% debit outlet sebesar 1868 ml/jam. Pengukuran debit outlet dilakukan setiap 5 menit mulai air keluar melalui pipa outlet sampai debit outlet konstan. Debit outlet (Qout) pada model

tanggul disajikan pada tabel 8 dan diberikan dengan bentuk grafik seperti pada gambar 12.

Gambar 12. Grafik hubungan antara debit rembesan dengan kepdatan tanah terhadap waktu (t)

C. Hubungan antara kepadatan tanah dengan debit rembesan

qhitung(ml/jam) pada setip metode

Dibandingkan dibandingkan dengan metode pengukuran langsung, debit rembesan yang berdasarkan rumus empiris menghasilkan debit rembesan yang jauh lebih kecil seperti tertera pada tabel 7. Hal ini disebabkan karena pada metode empiris selain faktor permeabilitas dan

dimensi bendungan, panjang zona basah juga mempengaruhi

perhitungan. Sebaliknya, pada pengukuran secara langsung, debit 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 D e b it R e m b e san Qf (m l/ jam ) Waktu (menit)

rembesan hanya dipengaruhi oleh nilai permeabilitas, tinggi muka air dan dimensi bendungan, sedangkan panjang zona basah tidak berpengaruh.

Tabel 8. Hasil perhitungan debit rembesan pada setiap metode

No Kepadatan (%) Debit Rembesan Dupuit (ml/jam) Schaffernsk dan

Van Iterson L Cassagrande (ml/jam) (ml/jam)

1 70,07 % 0,1264 0,1052 0,1030

2 78,23 % 0,0760 0,0617 0,0604

3 86,94 % 0,0282 0,0230 0,0225

Sumber : data hasil perhitungan

Gambar 13. Grafik hubungan antara kepadatan tanah dengan debit rembesan.

Pada gamabar 13 menunjukkan bahwa metode depuit pada kepadatan 70,07% (tanggul 1) debit rembesan sebesar 0,1264 ml/jam lebih besar jika dibandingkan kepadatan 86,94% (tanggul 3) dengan hasil rembesan sebesar 0,0282 ml/jam. Pada metode schaffernak dan van iterson pada kepadatan 70,07% (tanggul 1) hasil rembesan sebesar

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 70.07% 78.23% 86.94% D e b it R e m b e san q h itu n g (m l/ jam ) Kepadatan (%)

0,1052 ml/jam lebih besar jika dibandingkan kepadatan 86,96% (tanggul 3) dengan hasil rembesan sebesar 0,0230 ml/jam. Dan pada metode L.Cassagrande pada kepadatan 70,07% (tanggul 1) debit rembesan sebesar 0,1030 ml/jam lebih besar jika dibandingkan dengan kepadatan 86,94% (tanggul3) hasil rembesan sebesar 0,0225 ml/jam. Dari gambar diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar jumlah tumbukan tanah maka semakin kecil debit rembesan yang akan terjadi pada tubuh bendungan.

D. Bentuk Garis Freatik pada Tubuh Model Bendungan Urugan Garis freatik merupakan batas paling atas dari daerah di mana rembesan mengalir. Rembesan air mengalir sejajar dengan garis ini sehingga garis rembesan merupakan garis aliran (Wesley, 1973). Berdasarkan analisa dengan metode dupuit maupun pengamatan langsung dapat diketahui garis freatik pada tubuh model tubuh bendungan seperti terlihat pada Gambar 15, 16 dan 17.

Bentuk garis freatik dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan metode dupuit, yaitu dengan menentukan tinggi h, seperti yang terjelaskan pada gambar 6 dan persamaan 5.

Gambar 14. Sketsa Bentuk garis freatik dan panjang zona basah pada tubuh bendungan

Tabel 9. Hasil analisa bentuk formasi garis freatik dengan metode dupuit.

Kepadatan 70,07% Kepadatan 78,23% Kepadatan 86,94%

Jarak (cm) Pengamatan Langsung Metode Dupuit Jarak (cm) Pengamatan Langsung Metode Dupuit Jarak (cm) Pengamatan Langsung Metode Dupuit Tinggi h (cm) Tinggi h (cm) Tinggi h (cm) Tinggi h (cm) Tinggi h (cm) Tinggi h (cm) 5 24,7 24,5 5 24,3 24,0 5 23,8 23,5 10 24 23,7 10 22,9 22,4 10 22 21,8 15 23 22,6 15 21 20,7 15 20 19,3 20 21,7 20,9 20 19 19,2 20 17 17,5 25 19,8 19,6 25 17,5 17,8 25 15 15,7 30 18,3 18,4 30 16 16,8 30 13 14,6 35 17 16,9 35 15 15,5 35 12 13,6 40 15,4 14,8 40 13,6 13,8 40 11 12,6 45 13 12,8 45 11,7 11,9 45 10 11,2 47 12 12 50 9,4 9,9 50 8,4 9,8 53 8,2 8,2 55 6,6 7,1 56 6,3 6,3

Gambar 15.Formasi garis depresi dengan tingkat kepadatan tanah 70,07%

Gambar 16.Formasi garis depresi dengan tingkat kepadatan tanah 78,23%

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Ti n gg ih (c m ) Jarak (cm)

Pengamatan langsung Dupuit

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ti n gg ih (c m ) Jarak (cm)