analisis permeabilitas tanah dari hasil pumping … fileanalisis permeabilitas tanah dari hasil...

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah X (ATPW),

Surabaya, 05 Agustus 2017, ISSN 2301-6752

43

ANALISIS PERMEABILITAS TANAH DARI HASIL PUMPING

TEST DENGAN BEBERAPA METODE KONVENSIONAL

PADA AKUIFER TERKEKANG

Jefry Rory Paath1, Budijanto Widjaja2 1 Program Studi Magister Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan,

Bandung 2 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung

Email : [email protected] ,, [email protected]

Abstrak

Terbatasnya lahan untuk pembangunan di daerah perkotaan besar seperti

Jakarta membuat pembangunan gedung dibuat secara vertikal baik ke atas

ataupun ke bawah. Untuk konstruksi bangunan vertikal ke bawah (konstruksi

galian dalam untuk basement), permasalahan yang sering timbul adalah masalah

muka air tanah yang berada lebih tinggi dari kedalaman galian dalam itu sendiri

yang dapat mengakibatkan terganggunya pekerjaan struktur basement. Solusi yang

digunakan untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan pekerjaan

dewatering. Pekerjaan ini untuk mengatur posisi muka air tanah agar berada di

bawah posisi galian dalam yang direncanakan. Dalam perencanaan pekerjaan

dewatering diperlukan beberapa parameter tanah, salah satunya yang paling

menentukan adalah koefisien permebilitas. Untuk mendapatkan parameter tersebut

dapat dilakukan dengan berbagai metode, yang umum dilakukan adalah dengan

melakukan pumping test. Setelah dilakukan pumping test, hubungan antara waktu

pemompaan dan penurunan muka air tanah dapat diketahui. Kemudian, dari data

tersebut dengan menggunakan metode konvensional untuk kondisi lapisan tanah

dengan jenis akuifer terkekang seperti metode Thiem,metode Theis, dan metode

Jacob didapatkan nilai permeabilitas tanah pada kondisi tanah yang ditinjau.

Berdasarkan penelitian ini untuk tiga lokasi pengujian pumping test di Jakarta,

perhitungan permeabilitas tanah dengan metode Theis memberikan hasil yang lebih

mendekati dengan hasil aktual di lapangan dibandingkan dengan dua metode

lainnya untuk dua lokasi pengujian. Sedangkan untuk satu lokasi, metode Thiem

memberikajn hasil yang lebih baik.

Kata kunci: basement, pumping test, permeabilitas tanah

1. Pendahuluan

Pembangunan yang semakin pesat

di daerah perkotaan besar membuat

keberadaan basement menjadi

kebutuhan utama bagi bangunan

tinggi. Konstruksi basement yang

semakin dalam hingga 5-6 lapis

basement dengan galian sampai

dengan kedalaman mencapai 20 m

dari permukaan tanah membuat

permasalahan air tanah saat

penggalian menjadi hal yang penting

khususnya untuk muka air tanah yang

dangkal.

Kedalaman air tanah di Jakarta dan

sekitarnya umumnya berkisar antara

2 m- 7 m, sehingga untuk

pembangunan basement yang

umumnya memiliki kedalaman antara

1 hingga 6 lapis basement, atau kurang

mailto:[email protected]



44

lebih pada kedalaman 3 m sampai

dengan 22 m dari permukaan tanah

setempat, seringkali dibutuhkan

pekerjaan dewatering selama

penggalian dan konstruksinya.

Dewatering merupakan salah satu

metode yang dilakukan untuk menjaga

muka air tanah agar tetap berada di

bawah permukaan galian yang sedang

dikerjakan. Pekerjaan dewatering

hampir selalu diperlukan pada saat

penggalian basement. Dalam

perencanaan dewatering dapat

dilakukan beberapa metode untuk

memperoleh data perencanaan

dewatering, salah satunya adalah

dengan melakukan uji pemompaan

(pumping test). Setelah dilakukan

pumping test maka kita akan

mendapatkan hubungan antara waktu

pemompaan dan penurunan muka air

tanah. Kemudian dari data tersebut

akan didapatkan nilai permeabilitas

tanah pada kondisi tanah yang

ditinjau.

2. Pumping Test

Konsep dasar dari uji pemompaan

yang sangat sederhana adalah

melakukan pemompaan air dari dalam

tanah melalui dari sumur atau lubang

bor atau pumping well, sehingga

menurunkan muka air tanah. Muka air

tanah dan besarnya debit air yang

keluar dari pumping well dimonitor

dari waktu ke waktu, bersama dengan

berbagai parameter lainnya (seperti

muka air tanah pada observation well

dan jaraknya terhadap pumping well).

Data tersebut kemudian dianalisis

untuk memperoleh informasi tentang

parameter hidrogeologi akuifer.

Gambar 1. Uji Pemompaan

(Bumiyasa, 2013)

3. Akuifer Terkekang (Confined

Aquifer)

Akuifer merupakan suatu lapisan

batuan atau tanah yang mampu

menyimpan dan mengalirkan air.

Akuifer juga dapat diartikan sebagai

suatu formasi geologi atau batuan

yang mengandung air dan bersifat

permeable. Untuk dapat berfungsi

sebagai akuifer, suatu batuan haruslah

berpori atau berongga yang

berhubungan satu sama lain, sehingga

dapat menyimpan dan membiarkan air

bergerak dari rongga ke rongga.

Akuifer terkekang (confined aquifer)

yaitu lapisan bawah air di mana air

tanah terletak di bawah lapisan kedap

air (impermeable). Muka air tanah

kedudukannya berada lebih tinggi dari

kedudukan bagian atas akuifer. Muka

air tanah ini dapat berada di atas atau

di bawah muka air tanah. Apabila

tinggi pisometri berada di atas muka

tanah, maka air sumur yang menyadap

akuifer jenis ini akan mengalir secara

bebas. Air tanah dalam kondisi ini

disebut artosis atau artesis.



45

aquiclude

aquifer

aquiclude

permukaan tanah

muka air tanah

Gambar 2. Akuifer terkekang

(confined aquifer)

4. Data Lapangan

Pengujian pemompaan (pumping test)

dilakukan pada 3 yaitu lokasi A di

daerah Jakarta Pusat, lokasi B di

daerah Jakarta Timur dan lokasi C di

daerah Jakarta Selatan. Kondisi tanah

untuk masing-masing lokasi yang

terletak di pengujian pumping test

dapat dilihat pada Gambar 4.

Berdasarkan data kondisi tanah pada

lokasi tersebut dapat disimpulkan

bahwa jenis akuifer pada lokasi

tersebut adalah akuifer terkekang

(confined aquifer). Pengujian

dilaksanakan dengan melakukan long

term pumping test yaitu pemompaan

jangka panjang secara terus menerus

selama sekitar 5870-10040 menit ( 4-

7 hari). Debit rata-rata yang keluar

saat pemompaan adalah masing-

masing untuk lokasi A sebesar 441.60

liter/menit, lokasi B sebesar 153.17

liter/menit, dan lokasi C sebesar

295.56 liter/menit. Kondisi pelapisan

tanah dan informasi data pumping test

untuk masing-masing lokasi dapat

dilihat pada Gambar 3, Gambar 5 dan

Tabel 1.

5. Analisis Parameter

Hidrogeologi dengan Metode

Konvensional

Dari uji pemompaan dapat dihasilkan

parameter-parameter hidrogeologi

seperti transmissivity, storage

coefficient, koefisien permeability

tanah dan untuk menentukan radius

pengaruh pemompaan. Untuk

menentukan parameter tersebut dapat

dilakukan dengan menurunkan

persamaan hukum Darcy (1855),

r

hkAq

(1)

dengan q = kecepatan aliran Darcy, k

= konduktivitas aliran (permeabilitas),

A= luas permukaan, h = perbedaan

tinggi muka air, dan r = perbedaan

jarak.

Lokasi A

Lokasi B



46

Gambar 3. Perubahan muka air tanah

terhadap waktu saat pemompaan

berlangsung untuk lokasi A, B, dan C

a. Parameter Hidrogeologi pada

Kondisi Steady State Flow untuk

Confined Aquifer

Penentuan parameter hidrogeologi

digagas oleh Thiem (1906). Pada

percobaannya dilakukan pemompaan

pada pumping dengan memasang lebih

dari satu observation well / piezometer

untuk memonitor penurunan muka air

tanah di sekitar pumping well.

aquiclude

aquifer

aquiclude

muka air tanah

awal Q

h1 h

2

s1

s2

D

r1

r2

muka air tanah

setelah pompa

beroperasi

Gambar 4. Uji pemompaan pada

akuifer terkekang (Kruseman dan de

Ridder, 2000)

Berdasarkan Gambar 4 didapat

besarnya debit air adalah :

)/ln(

)(2

12

12

rr

hhkDQ

(2)

dengan Q = debit air, k = koefisien

permeabilitas tanah, D = tebal akuifer,

h1 dan h2 = tinggi muka air tanah dari

datum, r1 dan r2= jarak pumping well

ke observation well.

Lokasi A

Lokasi B

Lokasi C



47

Gambar 5. Kondisi pelapisan tanah untuk masing–masing lokasi

Tabel 1. Data kondisi pumping well (PW) dan observation well (OW)

Deskripsi PW OW1 OW2 OW3 OW4 OW5 OW6

LOKASI A

Jarak dari PW (m) 0 1.9 4.1 8.1 15.2 31.4 48.10

Muka Air Tanah Awal (m) 2.35 2.21 2.41 1.92 2.15 1.95 1.99

Kedalaman Sumur (m) 20 16 16 16 16 16 16

LOKASI B

Jarak dari PW (m) 0 1.9 4.1 8.1 15.2 31.4 48.10



LOKASI C

Jarak dari PW (m) 0 1.9 4.1 8.1 15.2 31.4 48.10



b. Parameter Hidrogeologi pada

Kondisi Unsteady State Flow untuk

Confined Aquifer

Saat pemompaan dilakukan, terkadang

kondisi aliran steady state tidak dapat

tercapai atau pada kondisi dimana selalu

terjadi penurunan saat pemompaan

dilakukan. Pada kondisi ini maka

perhitungan dengan kondisi aliran

steady state tidak berlaku. Untuk aliran

unsteady radial flow pada akuifer

terkekang, perhitungan untuk

mendapatkan parameter hidrogeologi

diungkapkan oleh :

b.1. Metode Theis (Curve Matching

Method)

Theis (1935) mengembangkan

perhitungan untuk mendapatkan

parameter hidrogeologi dengan

melakukan analogi antara aliran air dan

aliran panas.

);(44

uWT

Q

u

e

T

Qs

u

u

...!4.4!3.3!2.2

ln5772.0)(432

uuu

uuuW

(3)

Tt

Sru

4

2

(4)

dengan Q = debit air, s = drawdown, T

= transmissivity, S = storativity, dan t =

waktu.

Lokasi C



48

Asumsi yang digunakan untuk metode

ini,

a. Muka air tanah diasumsikan

horisontal

b. Akuifer merupakan akuifer

terkekang

c. Akuifer homogen, isotropik, dan

ketebalan akuifer seragam

d. Pemompaan dilakukan dengan

debit yang konstan

e. Sumur memotong akuifer secara

penuh

Gambar 6. Contoh Tipikal Kurva Theis

b.2. Metode Cooper - Jacob (Kurva

Waktu - Drawdown)

Metode Cooper-Jacob (1947)

mengembangkan metode Theis, di mana

penurunan muka air tanah akan

bertambah berdasarkan bertambahnya

waktu. Untuk sumur monitoring yang

dekat dengan sumur pompa, pada saat

pemompaan dilakukan dalam kurun

waktu yang lama penurunan muka air

tanah dapat diabaikan (u < 0.01). Oleh

karena itu, perumusan akan menjadi

Tt

Sr

T

Qs

4ln5772.0

4

2

(5)

tSr

T

T

Qs

2

25.2log

4

3.2

(6)

dengan Q = debit air, K = koefisien

permeabilitas tanah, s = drawdown, S =

storativity, R = jarak pumping well ke

observation well, T = transmissivity,

dan t = waktu.

6. Hasil Perhitungan

Dari beberapa metode diatas didapatkan

besarnya permeabilitas untuk akuifer

yang ada pada lokasi penelitian.

Permeabilitas untuk masing-masing

hasil ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil Perhitungan

Permeabilitas pada Akuifer dengan

Metode Konvensional

No. Metode Permeabilitas, k (m/s)

Lokasi A

1 Thiem 2.35x10-4 - 8.79x10-3

2 Theis 3.79x10-4 - 7.43x10-3

3 Cooper-Jacob 5.26x10-4 - 9.71x10-3

Lokasi B

1 Thiem 8.50x10-6 - 6.55x10-5

2 Theis 1.33x10-5 - 4.51x10-4

3 Cooper-Jacob 9.20x10-5 - 5.13x10-3

Lokasi C

1 Thiem 4.31x10-4 - 2.26x10-3

2 Theis 3.84x10-5 - 3.84x10-3

3 Cooper-Jacob 7.20x10-5 - 4.95x10-3

Dari hasil tersebut, dapat dilihat dari

setiap metode perhitungan untuk

masing-masing lokasi memberikan hasil

yang berbeda. Perlu dilakukan back

analysis dengan bantuan program Plaxis

untuk menguji nilai k yang memberikan

hasil profil muka air tanah mendekati

dengan kondisi yang sebenarnya di

lapangan saat pengujian dilakukan.

Perbandingan dari ketiga metode

ditunjukkan pada Gambar 7.

Berdasarkan gambar tersebut dapat

dilihat profil muka air tanah aktual

untuk masing-masing lokasi saat waktu

akhir pemompaan, kemudian dilakukan

perbandingan dengan profil muka air

tanah berdasarkan hasil back analysis

dengan bantuan program menggunakan

parameter permeabilitas tanah yang

dihitung dengan metode konvensional.

Untuk lokasi A, metode Thiem

memberikan hasil profil muka air tanah



49

yang lebih mendekati dengan kondisi

aktual. Sedangkan untuk lokasi B dan

C, metode Theis memberikan hasil yang

lebih mendekati dengan kondisi aktual.

7. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisa diatas dapat

ditarik beberapa kesimpulan :

• Berdasarkan data tanah, kondisi

akuifer untuk setiap lokasi

penelitian adalah akuifer terkekang.

• Hasil perhitungan permeabilitas

tanah dengan berbagai metode

konvensional memberikan hasil

yang berbeda dengan nilai untuk

lokasi A adalah 2.35x10-4 m/s

hingga 9.71x10-3 m/s, lokasi B

adalah 8.50x10-6 m/s sampai dengan

5.13x10-3 m/s, dan untuk lokasi C

adalah 3.84x10-5 m/s sampai dengan

4.95x10-3 m/s.

• Setelah melakukan back analysis

dengan bantuan program dapat

dilihat hasil untuk lokasi A nilai

permeabilitas lebih mendekati

dengan perhitungan menggunakan

metode Thiem, kemudian untuk

lokasi B dan C dengan

menggunakan metode Theis.

Lokasi A

Lokasi B



50

Gambar 7. Perbandingan drawdown kondisi lapangan dan tiga metode konvensional

untuk masing-masing lokasi

DAFTAR PUSTAKA

1. Cedergren, H. R. (1967). Seepage,

drainage, and flownets, New York

: John Wiley and Sons, 489.

2. Cooper, H.H. and C.E. Jacob

(1946). A generalized graphical

method for evaluating formation

constants and summarizing well

field history. Am. Geophys. Union

Trans. Vol. 27, 526-534.

3. Darcy, H. (1856). Les fontaines

publiques de la ville de Dijon, V.

Dalmont, Paris, 647. 4. Department of the Army, The Navy

and The Air Force (1983).

Dewatering and Groundwater

Control, NAVY NAVFAC P-418.

5. Kruseman, G.P., dan de Ridder,

N.A. (2000). Analysis and

Evaluation of Pumping Test

Data, 2nd Edition

6. Powers, J.P., Corwin, A.B.,

Schmall, P.C., dan Kaeck, W.E.

(2007) Construction Dewatering

and Groundwater Control : New

Methods and Applications, 3rd

Edition.

7. Theis, C.V. (1935). The relation

between the lowering of the

piezometric surface and the rate

and duration of discharge of a

well using groundwater storage.

Trans. Amer. Geophys. Union, Vol.

16, 5 19-524.

8. Thiem, G. (1906). Hydrologische

Methoden. Gebhardt, Leipzig, 56.

Lokasi C

analisis permeabilitas tanah dari hasil pumping … fileanalisis permeabilitas tanah dari hasil...

Documents