3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Tanah Gleisol

Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefenisikan sebagai

material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral-mineral padat yang tidak

tersedimentasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan

organik yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair

dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong diantara partikel-partikel padat

tersebut. Kalsim dan Sapei (2003), tanah dapat diartikan sebagai medium

berpori yang terdiri dari padatan (solid), cairan (liquid), dan gas udara (air).

Tanah merupakan tubuh alam (natural body) yang terbentuk dan berkembang

sebagai akibat bekerjanya gaya – gaya alam (natural force) terhadap bahan –

bahan alam (natural material) di permukaan bumi (Hakim et al., 1986).

Gleisol adalah jenis tanah yang perkembangannya lebih dipengaruhi

oleh faktor lokal, yaitu topografi yang merupakan dataran rendah atau

cekungan dan hampir selalu tergenang air. Ciri-ciri tanah gleisol adalah solum

tanah sedang, warna kelabu hingga kekuningan, tekstur geluh hingga

lempung, struktur berlumpur hingga masif, konsistensi lekat dan bersifat asam

(pH 4.5 – 6.0) (http://www.cerianet-agricultur.blogspot.com, 2009). Karena

air tanah yang tinggi, gleisol berada dalam keadaan tereduksi pada bagian

tanah yang yang selalu jenuh air. Tidak ada oksigen bebas atau terlarut karena

itu tanah berwarna biru kelabu. Dalam mintakat ayunan ait tanah ditemukan

bercak kecil kehitaman (segresi mangan), sedang di bagian atas beberapa

gleisol yang tidak terjangkau oleh air tanah berada dalam keadaan teroksidasi

tetap karena itu tidak ada bercak reduksi dan oksidasi (Buringh, 1979).

Tanah gleisol memiliki ciri khas yaitu adanya lapisan glei kontinyu yang

berwarna kelabu pucat pada kedalaman kurang dari 0.5 meter akibat dari

profil tanah yang selalu jenuh air. Penyebaran di daerah beriklim humid

hingga sub humid dengan curah hujan lebih dari 2000 mm/tahun. Gleisol

cokelat kelabu merupakan suatu istilah yang digunakan di Kanada untuk

menjelaskan suatu kelompok intrazonal dari tanah – tanah hutan yang

4

berdrainase jelek yang mempunyai horison A kelabu gelap. Tanah ini

biasanya mengandung bahan organik tinggi dan mempunyai horison mineral

yang berbercak kelabu atau berbercak kelabu kecoklatan (http://www.cerianet-

agricultur.blogspot.com, 2009).

Kesuburan tanah gleisol tergantung pada macam bahan induk dan jeluk

air tanah yang membatasi sistem perakaran. Gleisol di daerah tropika mungkin

mengandung plintit di dalam jeluk 0-125 cm dan disebut Plinthic Gleysol

yang mempunyai horizon A molik atau A umbrik yang dinamakan Mollic

Gleysol dan Humic Gleysol. Jika bahan tanah bersifat gampingan, tanah

disebut Calkaric Gleysol, dan yang mempunyai kejenuhan basa kurang dari

50% atau yang lebih dari itu, masing-masing dinamakan Dystric Gleysol dan

Eutric Gleysol (Buringh, 1979).

B. Sifat Fisik Tanah

Secara fisik tanah terdiri dari partikel mineral dan organik dengan

berbagai ukuran. Partikel – partikel tersebut tersusun dalam bentuk matriks

yang pori – porinya kurang lebih 50%, sebagian terisi oleh air dan sebagian

lagi terisi oleh udara (Suripin, 2002).

Secara umum, tanah memiliki sifat – sifat fisik dan mekanik yang

meliputi:

1. Tekstur tanah

Tekstur tanah merupakan perbandingan relatif dari berbagai kelompok

ukuran partikel individual atau butir – butir primer seperti pasir, debu, dan liat

(Foth, 1991). Tekstur tanah yang menunjukkan kasar atau halusnya tanah

berdasarkan perbandingan banyaknya butir-butir pasir (sand), debu (silt), dan

liat (clay). Menurut Kalsim dan Sapei (2003), tekstur tanah adalah sebaran

relatif ukuran partikel tanah. Klasifikasi ukuran partikel tanah menurut

Departemen Pertanian Amerika (USDA) dan International Soil Science

Society (ISSS) secara skematis dapat dilihat pada Gambar 1 (Kalsim dan

Sapei, 2003), sedangkan diagram segitiga tekstur menurut USDA dapat dilihat

pada Gambar 2 (Hillel, 1998).

5

Gambar 1. Klasifikasi tekstur tanah menurut USDA ( ) dan ISSS ( )

Gambar 2. Diagram segitiga tekstur menurut USDA

Sistem Unified (Unified Soil Classification (USC)) mengklasifikasikan

tanah berdasarkan nilai-nilai konsistensi tanah yaitu batas cair dan indeks

plastisitas tanah. Gambar 3 memperlihatkan grafik penentuan klasifikasi tanah

berdasarkan sistem Unified (Terzaghi dan Peck, 1987).

.

6

Gambar 3. Klasifikasi tanah berdasarkan sistem Unified

2. Struktur Tanah

Struktur tanah merupakan penggabungan dari sekelompok partikel-

partikel primer tanah. Secara garis besar, struktur tanah dapat dibedakan

menjadi struktur lepas (single grained), masif dan agregat. Pada struktur lepas,

partikel-partikel primer tanah tidak saling melekat dan tetap dalam butiran-

butiran lepas, sedangkan bila partikel-partikel tanah saling melekat dengan

sangat kuat membentuk blok yang cukup besar maka disebut struktur masif.

Struktur tanah di antara kedua keadaan ekstrim tersebut disebut agregat

(Kalsim dan Sapei, 2003).

Struktur tanah berkaitan dengan stabilitas, ukuran dan bentuk ped dalam

tanah. Ped yang stabil tidak akan hancur apabila direndam dalam air. Bentuk,

ukuran dan densitas ped pada umumnya berubah menurut kedalaman. Pada

Gambar 4 (Kalsim dan Sapei, 2003) terlihat bahwa bentuk ped dapat berupa

bola (spherical) dalam lapisan atas (struktur remah), tetapi dalam subsoil

dimana kandungan bahan organiknya lebih rendah bentuk ped akan bersudut

(angular) atau struktur blocky atau dapat memanjang prismatik. Struktur tanah

menentukan sifat aerasi, permeabilitas dan kapasitas menahan air serta sifat-

sifat mekanik dari tanah tersebut (Kalsim dan Sapei, 2003) .

7

Gambar 4. Bentuk – bentuk agregat atau ped

3. Permeabilitas Tanah

Hardiyatmo (1992) mendefinisikan permeabilitas sebagai sifat dari

bahan berpori yang memungkinkan aliran rembesan dari cairan yang berupa

air atau minyak mengalir lewat rongga porinya. Pori-pori tanah saling

berhubungan antara satu dengan yang lain, sehingga air dapat mengalir dari

titik yang berenergi lebih tinggi ke titik yang berenergi lebih rendah. Tahanan

terhadap aliran bergantung pada jenis tanah, ukuran butiran, bentuk butiran,

rapat massa, serta bentuk geometri rongga pori.

Menurut Bowles (1989), permeabilitas suatu bahan penting untuk:

a. Mengevaluasi jumlah rembesan (seepage) yang melalui bendungan

dan tanggul sampai ke sumur air.

b. Mengevaluasi daya angkut atau gaya rembesan di bawah struktur

hidrolik untuk analisis stabilitas.

c. Menyediakan kontrol terhadap kecepatan rembesan sehingga partikel

tanah berbutir halus tidak tererosi melalui massa tanah.

d. Studi mengenai laju penurunan (konsolidasi) dimana perubahan

volume tanah terjadi pada saat air tersingkir dari rongga tanah saat

proses terjadi pada suatu gradien tertentu.

Sumarno (2003) mengatakan bahwa hubungan antara pemadatan dan

permeabilitas adalah pada kadar air optimum. Koefisien permeabilitas akan

8

turun dengan naiknya tingkat pemadatan dan akan mencapai koefisien terkecil

pada kadar air optimum. Pada kondisi kadar air setelah optimum, koefisien

permeabilitas cenderung mengalami sedikit kenaikan dengan menurunnya

tingkat pemadatan.

Koefisien permeabilitas untuk tanah berbutir kasar dapat ditentukan dari

uji constant head permeameter dan untuk tanah berbutir halus digunakan uji

falling head permeameter. Uji tersebut telah distandarisasikan pada suhu air

20°C, karena viskositas air bervariasi dari suhu 4°C sampai 30°C (Craig,

1991). Nilai permeabilitas tanah pada temperatur 20°C dapat dilihat pada

Tabel 1 dan klasifikasi permeabilitas dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 1. Nilai permeabilitas tanah pada temperatur 20°C

Jenis Tanah Permeabilitas

(cm/detik)

Kerikil butiran kasar

Kerikil butiran halus, kerikil butiran kasar

bercampur butiran sedang

Pasir butiran halus, debu longgar

Debu padat, debu berliat

Liat berdebu, liat

10 - 103

10-2

- 10

10-4

– 10-2

10-5

– 10-4

10-8

– 10-5

Sumber: Hardiyatmo, 1992

Tabel 2. Klasifikasi permeabilitas

Permeabilitas

(cm/jam)

Kelas

< 0.125 Sangat rendah

0.125 – 0.5 Rendah

0.5 – 2.0 Agak rendah

2.0 – 6.35 Sedang

6.35 – 12.7 Agak cepat

12.7 – 25.4 Cepat

>25.4 Sangat cepat

Sumber: Sitorus et al. (1980) dalam Ishak (1991)

4. Berat Jenis Partikel Tanah

Hardiyatmo (1992) mendefinisikan berat jenis partikel (spesific gravity

(Gs)) sebagai perbandingan antara berat volume butiran padat (γs) dengan

berat volume air (γw) pada temperatur 4°C. Berat jenis dari berbagai jenis

9

tanah berkisar antara 2.65 – 2.75. Tanah tak berkohesi biasanya nilai berat

jenisnya adalah 2.67, sedangkan untuk tanah kohesif tak organik berkisar

antara 2.68 – 2.72. Nilai berat jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Berat jenis partikel tanah

Jenis tanah Berat jenis partikel

(g/cm3)

Kerikil

Pasir

Lanau tak organik

Lanau organik

Lempung tak organik

Humus

Gambut

2.65 – 2.68

2.65 – 2.68

2.62 – 2.68

2.58 – 2.65

2.68 – 2.75

1.37

1.25 – 1.80

Sumber: Hardiyatmo, 1992

5. Berat Isi Tanah (Bulk Density)

Menurut Hakim et al (1986), Berat isi tanah merupakan salah satu

indikator kepadatan tanah. Semakin padat suatu tanah, maka nilai berat isi

tanah semakin besar dan mengakibatkan tanah semakin sulit untuk

melewatkan air atau ditembus akar tanaman. Hal ini disebabkan oleh ruang

pori yang terdapat di dalam tanah sedikit dan berupa pori mikro.

Berat isi tanah basah (wet bulk density= ρt) merupakan total massa

dibagi dengan total volume tanah. Akan tetapi, total massa akan bervariasi

dengan jumlah air yang ada di dalam tanah, sehingga berat isi tanah kering

(dry bulk density = ρd) umumnya digunakan dan didefinisikan sebagai massa

tanah kering oven (105°C, selama 24 jam) dibagi dengan total volume tanah.

Nilai berat isi kering selalu lebih kecil daripada 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 kepadatan tanah sangat padat

maka tanah bertekstur halus menunjukkan berat isi kering yang lebih besar

daripada tanah bertekstur kasar (Kalsim dan Sapei, 2003).

6. Porositas (n) dan Angka Pori (e)

Porositas merupakan perbandingan antara volume pori dan volume total

yang dinyatakan dalam suatu desimal atau persentase (Dunn et al., 1980).

10

Umumnya porositas tanah berkisar antara 0.3 – 0.75, tetapi untuk tanah

gambut nilai porositasnya dapat lebih besar dari 0.8 (Terzaghi, 1947 dalam

Hardiyatmo, 1992). Hal yang lebih penting dari porositas adalah sebaran

ukuran pori. Tanah berpasir dan tanah berliat mungkin mempunyai porositas

yang hampir sama, tetapi sifat-sifat yang berhubungan dengan simpanan air,

ketersediaan air, dan aliran air tanah berbeda. Hal ini disebabkan karena tanah

pasir diameter porinya relatif besar daripada 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 ke

atas maupun ke bawah (aliran kapiler).

c. Pori mikro (< 30 µm), dapat menahan air pada periode kering dan

melepaskannya dengan sangat lambat.

Angka pori (void ratio) didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara

volume pori dengan volume padatan. Angka pori biasanya dinyatakan dalam

bentuk desimal (Kalsim dan Sapei, 2003).

7. Potensial Air Tanah

Muka air tanah (water table) atau phreatic surface adalah suatu batas

dalam tanah dimana tekanannya sama dengan tekanan atmosfer. Daerah di

atas tanah disebut zona tak jenuh, meskipun terdapat sedikit batas tanah dalam

keadaan jenuh karena adanya proses kenaikan kapiler. Air dalam zona tak

jenuh disebut lengas tanah (soil moisture), sedangkan istilah air tanah (ground

water) umumnya berkaitan dengan air dalam daerah jenuh di bawah muka air

tanah (Kalsim dan Sapei, 2003).

Tingkat energi air tanah bervariasi sangat besar. Perbedaan tingkat

energi air tanah memungkinkan air bergerak dari satu zona ke zona lainnya

dalam tanah. Air tanah bergerak dari tempat dengan tingkat energi yang tinggi

(misalnya muka air tanah) ke tempat energi yang rendah (misalnya tanah

kering). Dengan mengetahui tingkat energi dari beberapa tempat di dalam

profil tanah, maka dapat diprediksi pergerakan air tanah (Hakim et al., 1986).

11

Potensial air tanah menurun dengan meningkatnya kandungan air (makin

banyak air tanah, makin berkurang energi yang diperlukan untuk menahan air

di dalam tanah). Liat yang memiliki nilai pF = 2.0, menggambarkan kenyataan

bahwa tanah liat kehilangan air secara lebih berangsur-angsur dibandingkan

pasir yang berarti bahwa tanah liat mengikat air lebih banyak (Sutisna, 2006).

Daya ikat tanah (pF) terhadap air setelah pemadatan lebih kecil

dibandingkan dengan daya ikat tanah (pF) terhadap air pada kapasitas lapang.

Hal ini ditunjukkan dengan kadar air untuk pF yang sama pada kedalaman

yang sama antara kapasitas lapang dengan tanah yang sudah mengalami

pemadatan, maka akan terlihat bahwa kadar air tanah yang telah dipadatkan

jauh lebih kecil dibandingkan dengan tanah pada kapasitas lapang (Herlina,

2003).

C. Sifat Mekanik Tanah

1. Pemadatan Tanah

Pemadatan tanah adalah suatu proses di mana udara dari pori-pori

dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis. Cara mekanis yang dipakai untuk

memadatkan tanah dapat bermacam-macam, yaitu di lapangan biasanya

dipakai cara menggilas, sedangkan di laboratorium dipakai cara memukul.

Untuk setiap daya pemadatan tertentu kepadatan yang tercapai tergantung

pada kadar airnya. Bila kadar air rendah, maka tanah akan keras atau kaku

sehingga sulit dipadatkan. Bila kadar air ditambah maka air itu akan berfungsi

sebagai pelumas sehingga tanah akan semakin mudah dipadatkan (Wesley,

1973).

Pada kadar air tinggi kepadatannya akan menurun karena pori-pori tanah

menjadi penuh terisi oleh air yang tidak dapat dikeluarkan dengan cara

memadatkan. Kepadatan tanah biasanya diukur dengan menentukan berat isi

keringnya, bukan dengan menentukan angka porinya. Lebih tinggi berat isi

kering berarti lebih kecil angka pori dan lebih tinggi derajat kepadatannya.

Jadi, untuk menentukan kadar air optimum biasanya dibuat grafik hubungan

berat kering terhadap kadar air (Wesley, 1973).

Terzaghi dan Peck (1987) menyatakan bahwa tingkat pemadatan

tertinggi diperoleh apabila kadar air mempunyai suatu nilai tertentu yang

12

disebut kadar kelembaban optimum (optimum moisture content) dan prosedur

untuk mempertahankan agar kadar air mendekati nilai optimumnya selama

pemadatan timbunan dikenal sebagai kontrol kadar kelembaban (moisture

content control).

Pemadatan tanah terjadi apabila proses mekanis yang menyebabkan

partikel tanah semakin mendekat. Hal-hal yang mempengaruhi pemadatan

tanah adalah kadar air (water content), keragaman ukuran butiran tanah

(distribution of soil particles) dan macam usaha pemadatan (compactive

effort) (Lambe, 1951 dalam Koga, 1991).

Pengujian pemadatan di laboratorium dapat dilakukan dengan beberapa

metode yang didasarkan pada perbedaan cara pelaksanaan pemadatannya,

seperti (Sosrodarsono dan Takeda, 1976):

a. Pemadatan tumbuk yaitu pemadatan yang dilakukan dengan

menjatuhkan sebuah penumbuk di atas contoh bahan.

b. Pemadatan tekan, yaitu pemadatan yang didasarkan pada prinsip

menekan contoh bahan dengan dongkrak hidrolis.

c. Pemadatan getar, yaitu pemadatan yang menggunakan daya getaran

mesin vibrasi pada contoh tanah.

Dari ketiga metode pengujian tersebut, yang paling luas penggunaannya

adalah metode penumbukan dan dianggap sebagai penumbukan standar. Hal

tersebut disebabkan karena peralatannya yang cukup sederhana demikian juga

pelaksanaan pengujiannya (Sosrodarsono dan Takeda, 1976).

2. Konsistensi Tanah

Istilah konsistensi berhubungan dengan derajat adhesi antara partikel

tanah dan tahanan yang muncul guna melawan gaya yang cenderung berubah

atau meruntuhkan agregat tanah. Konsistensi tanah biasa dinyatakan dengan

batas cair dan batas plastis (disebut juga batas Atterberg).

Konsistensi tanah menunjukkan kekuatan daya kohesi butir-butir tanah

dan daya adhesi butir-butir tanah dengan benda lain (Hardjowigeno, 1987).

Atterberg (1991) dalam Sunggono (1984) memberikan cara untuk

menggambarkan batas-batas konsistensi dari tanah berbutir halus dengan

mempertimbangkan kandungan kadar airnya, yaitu:

13

a. Batas cair (liquit limit = LL), menyatakan kadar air minimum di mana

tanah masih dapat mengalir di bawah beratnya atau kadar air tanah

pada batas antara keadaan cair ke keadaan plastis. Pengukuran batas

cair dilakukan dengan menggunakan metode standar.

b. Batas plastis (plastic limit = PL), menyatakan kadar air minimum di

mana tanah masih dalam keadaan plastis atau kadar air minimum di

mana tanah dapat digulung-gulung sampai diameter 3.1 mm (1/8

inchi).

c. Indeks plastis (plasticity index = PI), menunjukkan kadar air tanah

pada saat tanah dalam kondisi plastis.

Konsistensi tanah tergantung pada tekstur, jumlah koloid anorganik dan

organik, struktur serta kandungan air tanah. Dengan berkurangnya kandungan

air, umumnya tanah akan kehilangan sifat melekat (stickness) dan

plastisitasnya sehingga dapat menjadi gembur (friable) dan lunak (soft)

(Hakim et al., 1986). Nilai indeks plastisitas dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Nilai indeks plastisitas (PI) dan jenis tanah

PI Sifat Jenis tanah Kohesi

0 Nonplastis Pasir Non kohesif

< 7 Plastisitas rendah Lanau Kohesif sebagian

7 – 17 Plastisitas sedang Lempung berlanau Kohesif

> 17 Plastisitas tinggi Lempung Kohesif

Sumber: Hakim et al., 1986

3. Kuat Geser Tanah

Kekuatan geser tanah adalah salah satu kekuatan tanah yang diperlukan

untuk berbagai hal dalam perencanaan bangunan. Ada empat tipe keruntuhan

geser tanah yang dapat didefinisikan dalam pengertian tingkah laku tegangan-

regangan yaitu geser, tekanan, tegangan, dan aliran plastis. Bila tegangan

geser suatu tubuh tanah melebihi suatu titik kritis tertentu, maka tanah akan

runtuh (Gill dan Vandenberg, 1968 dalam Sutisna, 2006).

Parameter kuat geser tanah diperlukan untuk menganalisis daya dukung

tanah, stabilitas lereng, dan tegangan dorong untuk dinding penahan air.

Menurut Coulomb (1776) dalam Hardiyatmo (1992), ada dua proses mekanis

yang bereaksi menentukan puncak kekuatan geser yaitu tekanan dan

14

kohesinya. Total kekuatan geser adalah penjumlahan dari kedua komponen

tersebut yang dinyatakan pada persamaan berikut:

τ = c + σ tan θ.......................................................................................(1)

di mana:

τ = Kekuatan geser (kN/m2)

c = Kohesi (kN/m2)

σ = Tekanan normal pada permukaan geser (kN/m2)

θ = Sudut geser (º)

Metode yang sering digunakan untuk menentukan kekuatan geser tanah

antara lain uji geser langsung (direct sshear test), uji triaksial (triaksial test),

uji tekan bebas (unconfined compression test), dan uji geser baling (vane

shear test) (Sunggono, 1984).

Bowles (1989) menyatakan beberapa faktor yang mempengaruhi nilai

kuat geser tanah antara lain:

a. Tekanan efektif atau tekanan antar butir.

b. Saling keterkuncian antar partikel jadi, partikel – partikel yang

bersudut akan lebih saling terkunci dan memiliki kuat geser yang

lebih tinggi (θ yang lebih besar ) daripada partikel – partikel yang

bundar yang dijumpai pada tebing – tebing atau deposit – deposit

glasial.

c. Kemampuan partikel atau kerapatan.

d. Sementasi partikel yang terjadi secara alamiah atau buatan.

e. Daya tarik antar partikel atau kohesi.

f. Kadar air tanah untuk tanah kohesif.

g. Kualitas contoh (berhubungan dengan gangguan, retakan, celah, dan

hal-hal yang serupa).

h. Metode pengujian yang dilakukan.

i. Pengaruh – pengaruh lainnya seperti kelembaban, temperatur,

keterampilan operator, motivasi pekerja laboratorium, dan kondisi

peralatan laboratorium.

15

D. Tanggul

Tanggul merupakan salah satu bentuk dari bendungan urugan homogen.

Dikatakan demikian karena tanggul mempunyai bahan pembuat dan bentuk

yang hampir sama dengan bendungan. Pembuatan tanggul merupakan salah

satu usaha dalam konservasi tanah dan air. Tanggul berfungsi untuk

melindungi daerah irigasi dari banjir yang disebabkan oleh sungai,

pembuangan yang besar atau laut (DPU, 1986).

DPU (1986) menyatakan bahwa rembesan terjadi apabila tubuh tanggul

harus mengatasi beda tinggi muka air dan jika aliran yang diakibatkannya

meresap ke dalam tanah di sekitar tanggul. Aliran ini mempunyai pengaruh

yang merusakkan stabilitas tanggul karena terangkutnya bahan – bahan halus

dapat menyebabkan erosi bawah tanah. Jika erosi bawah tanah sudah terjadi,

maka terbentuk jalur rembesan antara bagian hulu dan bagian hilir tanggul.

Keadaan ini akan mengakibatkan kerusakan sebagai akibat terkikisnya tanah

pondasi. Apabila garis rembesan memotong lereng hilir suatu tanggul, maka

akan terjadi aliran-aliran filtrasi keluar menuju permukaan lereng tersebut dan

terlihat gejala keruntuhan atau longsoran kecil pada permukaan lereng hilir

(Sosrodarsono dan Takeda, 1977).

Dimensi tanggul menurut DPU (1986) adalah sebagai berikut:

a. Tinggi Tanggul (Hd)

Tinggi tanggul merupakan beda tinggi tegak antara puncak dan bagian

bawah dari pondasi tanggul. Permukaan pondasi adalah dasar dinding kedap

air atau dasar zona kedap air. Apabila pada tanggul tidak terdapat dinding

atau zona kedap air, maka yang dianggap permukaan pondasi adalah garis

perpotongan antara bidang vertikal yang melalui tepi hulu mercu tanggul

dengan permukaan pondasi alas tanggul tersebut. Mercu adalah bidang teratas

dari suatu tanggul yang tidak dilalui oleh luapan air dari saluran.

b. Tinggi Jagaan (Hf)

Tinggi jagaan merupakan perbedaan antara elevasi permukaan

maksimum rencana air dalam saluran dengan elevasi mercu tanggul. Elevasi

permukaan maksimum rencana merupakan elevasi banjir rencana dalam

16

saluran. Elevasi permukaan air maksimum rencana adalah elevasi yang paling

tinggi yang diperkirakan akan dicapai oleh permukaan air saluran tersebut.

c. Kemiringan Lereng (Talud)

Kemiringan rata-rata lereng tanggul (hulu dan hilir) adalah

perbandingan antara panjang garis vertikal yang melalui puncak dan panjang

garis horizontal yang melalui tumit masing-masing lereng tersebut. Crag

(1991) menyatakan bahwa kemiringan saluran biasanya ditentukan oleh

keadaan topografi. Dalam berbagai hal, kemiringan ini dapat pula tergantung

kegunaan saluran, misalnya saluran irigasi, persediaan air minum, dan proyek

pembangkit. Pada Tabel 5 memuat kemiringan talud yang dapat dipakai pada

berbagai jenis bahan urugan.

Tabel 5. Kemiringan talud untuk tinggi maksimum 10 m

Bahan Urugan

Kemiringan lereng

Vertikal : Horizontal

Hulu Hilir Urugan homogen 1 : 3.00 1 : 2.25 Urugan batu dengan inti liat atau dinding diafragma 1 : 1.50 1 : 1.25 Kerikil-kerikil dengan inti liat atau dinding diafragma 1 : 2.50 1 : 1.75

Sumber: DPU (1994)

Sekelompok garis aliran dan garis ekuipotensial disebut dengan jaring

arus. Suatu garis ekupotensial adalah garis – garis yang mempunyai tinggi

tekanan yang sama (h konstan). Kemiringan garis equipotensial adalah tegak

lurus terhadap garis aliran. Pada tanah yang seragam hal ini selalu benar,

sehingga rembesan air di dalam tanah dapat digambarkan sebagai deretan

garis equipotensial dan deretan garis aliran yang saling berpotongan secara

tegak lurus. Gambar 5 merupakan contoh jaringan aliran dalam tubuh tanggul

(Wesley, 1973).

17

Gambar 5. Jaringan aliran dalam tubuh tanggul

E. Stabilitas Lereng

Stabilitas atau kemantapan lereng dipengaruhi oleh gaya penggerak dan

gaya penahan yang ada pada lereng tersebut. Gaya penggerak adalah gaya

yang mempercepat terjadinya longsor pada lereng, sedangkan gaya penahan

adalah gaya yang mempertahankan kemantapan dari suatu lereng. Jika gaya

penahan lebih besar daripada gaya penggerak, maka lereng tersebut tidak akan

mengalami gangguan atau dapat dikatakan bahwa lereng tersebut mantap

(Das, 1998).

Secara alamiah, tanah atau lereng umumnya berada pada keseimbangan

terhadap gaya-gaya yang bekerja. Apabila ada sesuatu hal yang

mengakibatkan perubahan keseimbangan, maka tanah atau lereng akan

berusaha untuk mencapai keseimbangan baru dengan cara degradasi atau

pengurangan beban, terutama dalam bentuk longsoran atau gerakan lain

sampai tercapai keseimbangan baru. Gaya-gaya gravitasi dan rembesan

(seepage) cenderung menyebabkan ketidakstabilan (instability) pada lereng

alami, pada lereng yang dibentuk dengan cara penggalian, dan pada lereng

tanggul serta bendungan tanah (Craig, 1991).

Cara yang digunakan untuk menghitung kemantapan lereng adalah

suatu “limit equilibrium method” (cara keseimbangan batas), yaitu kita hitung

besarnya kekuatan geser yang diperlukan untuk mempertahankan kemantapan

18

dan kita bandingkan dengan kekuatan geser yang ada. Dari perbandingan ini

kita mendapatkan fator keamanan.

Pada permulaan kita anggap bahwa akan terjadi kelongsoran pada suatu

bidang gelincir tertentu, dan kita hitung gaya atau momen yang mencoba

menyebabkan kelongsoran pada bidang tersebut akibat berat tanah. Ini disebut

gaya penggerak (sliding force) atau momen penggerak (turning moment).

Selanjutnya dihitung gaya atau momen yang melawan kelongsoran akibat

kekuatan geser tanah yang biasa di sebut momen melawan (resisting moment).

Dengan menggabungkan kedua kedua momen ini kita dapat menentukan

faktor keamanan terhadap kelongsoran pada bidang geser yang bersangkutan

(Wesley, 1973).

Gambar 6. Metode irisan

Pada Gambar 6 ditinjau lereng dan bidang gelincirnya. Untuk melakukan

perhitungan biasanya lereng perlu di bagi dalam beberapa segmen agar

ketidakseragaman tanah dapat diperhitungkan dan gaya normal pada bidang

geser dapat ditentukan.

19

Momen penggerak segmen (Wesley, 1973) = Wx...........................................(2)

Momen penggerak seluruhnya diperoleh dengan menjumlahkan momen dari

setiap segmen.

Momen penggerak seluruhnya = Σ Wx...........................................................(3)

= Σ W R sin α.................................................(4)

Faktor keamanan (Fs) adalah perbandingan antara kekuatan geser yang

ada dengan kekuatan geser yang diperlukan untuk mempertahankan

kemantapan. Jika kekuatan geser = τ, maka kekuatan geser untuk

mempertahankan kemantapan = S/Fs (Wesley, 1973). Jika S adalah gaya pada

dasar segmen, maka:

S = (τ l)/Fs.........................................................................................(5)

Sehingga momen melawan segmen = ((τ l)/ Fs)/ R.................................(6)

Momen melawan seluruhnya = Σ (τ l/ Fs) R.................................(7)

= (R/ Fs) Σ τ l.................................(8)

Dengan persamaan momen (4) dan (8), maka

R Σ W sin α = (R/ Fs) Σ τ l ..............................................................................(9)

sehingga Fs = (Σ τ l)/ (Σ W sin α)...............................................................(10)

dengan:

Fs = Faktor keamanan

τ = Kekuatan geser (kgf/cm2)

l = Lebar irisan (cm)

W = Berat normal (kgf/cm)

Α = Sudut yang terbentuk antara titik tengah dasar irisan dengan garis

vertikal dari titik pengamatan (º)

R = Jari – jari busur lingkaran (cm)

x = Jarak horisontal segmen terhadap titik acuan

Pada cara Fellenius, besarnya P (gaya normal) ditentukan dengan

menguraikan gaya – gaya lain dalam arah garis bekerja P, yaitu:

P = (W + xn – xn+1) cos α – ( En – En+1) sin α.....................................(11)

= W cos α + (xn – xn+1) cos α – (En – En+1) sin α.............................(12)

Nilai (xn – xn+1) cos α – (En – En+1) sin α dianggap sama dengan nol, sehingga

P = W cos α.

20

maka, Fs= Σ (c'l + (W cos α – ul) tan θ))...................................(13)

Tekanan air pori (u) akan dihitung jika terjadi pembasahan (air merembes).

Pada cara Fellenius dianggap bahwa resultan gaya pada batas vertikal segmen

bekerja dalam arah sejajar dengan dasar segmen.

Pada cara Bishop besarnya P diperoleh dengan menguraikan gaya – gaya

lain pada arah vertikal, yaitu:

- – – )sinα– ulcos α....(14)

Maka,

(P – ul) = – …....….………..(15)

Pada cara Bishop, nilai – dianggap sama dengan nol, sehingga:

P – ul = W – l )…………………………………..(16)

maka dengan mensubtitusikan l = b sec α

Fs = – )……….(17)

Dengan kata lain, pada cara Bishop dianggap bahwa resultan gaya –

gaya pada batas vertikal segmen bekerja pada arah horisontal. Dengan

anggapan ini, karena faktor keamanan pada setiap segmen dijadikan sama,

maka besarnya (En – En+1) menjadi tentu, sehingga P dapat diketahui.

Nilai Fs pada persamaan (17) terdapat di kedua sisinya yaitu di kanan

dan di kiri. Oleh karena itu, untuk menghitung besarnya Fs harus dipakai cara

iterasi (ulangan), yaitu di ambil nilai Fs sebagai percobaan. Nilai Fs yang

diperoleh kemudian dimasukkan di bagian sebelah kanan pada persamaan (17)

dan dilakukan perhitungsn dengan nilai Fs yang didapatkan dari perhitungan

sebelumnya. Biasanya perhitungan ini hanya diulang sebanyak dua kali.

Nilai Fs yang diperoleh dengan cara Fellenius selalu lebih kecil daripada

nilai yang diperoleh dengan cara Bishop. Selisih antara keduanya banyak

dipengaruhi oleh faktor besarnya tegangan air pori dan besarnya θ. Makin

besar tegangan air pori dan θ, maka makin besar selisih antara faktor

keamanan menurut cara Fellenius dan cara Bishop (Wesley, 1973).

21

F. Program GEO-SLOPE

Geo-slope adalah suatu program dalam bidang geoteknik dan modeling

geo-environment yang dibuat oleh Geo-slope Internasional, Kanada pada

tahun 2002. Program Geo-slope ini sendiri terdiri dari Slope/W, Seep/W,

Sigma/W, Quake/W, Temp/W dan Ctran/W yang mana satu sama lainnya

saling berhubungan sehingga dapat dianalisa dalam berbagai jenis

permasalahan dengan memilih jenis program yang sesuai untuk tiap – tiap

masalah yang berbeda (http://www.geoslope.com). Pengertian untuk tiap

program tersebut:

1. Slope/W adalah suatu software untuk menghitung faktor keamanan dan

stabilitas lereng.

2. Seep/W adalah suatu software untuk meneliti rembesan bawah tanah.

3. Sigma/W adalah suatu software untuk menganalisa tekanan geoteknik dan

masalah deformasi.

4. Quake/W adalah suatu software untuk menganalisa gempa bumi yang

berpengaruh terhadap perilaku tanggul, lahan, kemiringan lereng.

5. Temp/W adalah suatu software untuk menganalisa masalah geotermal.

6. Ctran/W adalah suatu software yang dapat digunakan bersama dengan

Seep/W untuk model pengangkutan zat – zat pencemar.

Slope/W adalah program yang memiliki kualitas ketajaman gambar 32-

bit, software gratis yang beroperasi di bawah Microsoft Windows. Dengan

lingkungan aplikasi windows yang sangat dikenal banyak orang dengan

konsep yang simple dan dinamis, maka dimungkinkan setiap orang dengan

mudah belajar dan menggunakan Slope/W baik secara tutorial maupun

aplikatif (http://www.geo-slope.com, 2004).

Slope/W merupakan suatu software yang menggunakan teori

keseimbangan batas (limit equilibrium theory) yang digunakan dalam

menganalisa stabilitaas lereng dan menghitung nilai faktor keamanan tanggul.

Perumusan Slope/W yang menyeluruh membuat program ini memungkinkan

dengan mudah meneliti permasalahan stabilitas lereng, baik yang sederhana

maupun yang kompleks dengan menggunakan berbagai metode untuk

mengkalkulasi faktor keamanan tersebut. Slope/W dapat diaplikasikan dalam

22

menganalisis dan mendesain pada bidang geoteknik, sipil, hidrogeologika, dan

proyek pembangunan bendung.

Secara umum, metode analisis stabilitas lereng yang digunakan dalam

Slope/W mengikuti beberapa metode yang ada, diantaranya metode Ordinary

(Fellenius), metode Bishop, metode Janbu, metode Spencer, metode

Morgenstern-Price, metode Crops of Engineering, metode Lowe-Karafiath,

metode keseimbangan batas, dan metode tekanan terbatas. Slope/W

merupakan perumusan yang menggabungkan dua persamaan faktor keamanan

yaitu gaya keseimbangan dan momen irisan. Berdasarkan pemakaian

persamaan gaya antar irisan, faktor keamanan untuk semua metode dapat

ditentukan dengan menggunakan dua persamaan tersebut. Slope/W terintegrasi

dengan Seep/W, Vadose/W, Sigma/W, dan Quake/W. Sebagai contoh, untuk

menentukan faktor keamanan suatu lereng yang dipengaruhi oleh adanya

tekanan air pori, analisis stabilitas dapat menggunakan data hasil perhitungan

Seep/W.

Dari hasil akhir program Slope/W dapat diketahui besar nilai faktor

keamanan suatu lereng dan mengetahui kondisi stabilitas lereng yang ada,

sehingga diharapkan dapat menyelesaikan masalah-masalah geoteknik yang

berhubungan dengan kestabilan tanah atau lereng, terutama pada bidang

pertanian.