modul 12 analisa stabilitas bendungan: perhitungan rembesan · modul 12 analisa stabilitas...

MODUL 12 analisa stabilitas bendungan: Perhitungan REMBESAN

Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi

MODUL ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN

REMBESAN

PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR

MODUL 12

2017

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya

validasi dan penyempurnaan Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan

Rembesan sebagai Materi Substansi dalam Pelatihan Perencanaan Bendungan

Tingkat Dasar. Modul ini disusun untuk memenuhi kebutuhan kompetensi dasar

Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang Sumber Daya Air.

Modul Penyusunan Rencana Anggaran Biaya Perencanaan Bendungan ini disusun

dalam 7 (tujuh) bab yang terbagi atas Pendahuluan, Materi Pokok dan Penutup.

Penyusunan modul yang sistematis diharapkan mampu mempermudah peserta

pelatihan dalam memahami perhitungan rembesan dalam perencanaan bendungan.

Penekanan orientasi pembelajaran pada modul ini lebih menonjolkan partisipasi aktif

dari para peserta.

Akhirnya, ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim

Penyusun dan Tim Validasi Sistem Diklat, sehingga modul ini dapat disajikan dengan

baik. Perubahan modul di masa mendatang senantiasa terbuka dan dimungkinkan

mengingat akan perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan yang terus menerus

terjadi. Semoga Modul ini dapat memberikan manfaat bagi peningkatan kompetensi

ASN di bidang Sumber Daya Air.

Bandung, Nopember 2017

Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan

Sumber Daya Air dan Konstruksi

Ir. K. M. Arsyad, M.Sc

.


ii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ..................................................................................................... i

DAFTAR ISI .................................................................................................................. ii

DAFTAR TABEL .......................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... vi

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ...................................................................... viii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................................... 1

1.2 Deskripsi Singkat................................................................................................ 3

1.3 Tujuan Pembelajaran ......................................................................................... 3

1.3.1 Hasil Belajar ........................................................................................... 3

1.3.2 Indikator Hasil Belajar ........................................................................... 3

1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok .................................................................. 3

BAB II PENENTUAN KOEFISIEN PERMEABILITAS DAN PARAMETER

DESAIN ......................................................................................................................... 5

2.1 Pengujian Permeabilitas di Lapangan ............................................................... 5

2.2 Pengujian Permeabilitas di Laboratorium ........................................................ 13

2.3 Penentuan Parameter Desain .......................................................................... 18

2.4 Latihan .............................................................................................................. 18

2.5 Rangkuman ...................................................................................................... 18

2.6 Evaluasi ............................................................................................................ 20

BAB III JARINGAN ALIRAN ..................................................................................... 21

3.1 Umum ............................................................................................................... 21

3.2 Teori Rembesan ............................................................................................... 24

3.2.1 Aliran Langgeng .................................................................................... 26

3.2.2 Aliran Melalui Rekahan (Fracture Flow) ................................................ 34

3.2.3 Aliran Tidak Jenuh ................................................................................. 37

3.3 Informasi, Data dan Kondisi Batas ................................................................... 37

3.4 Metoda Analisis ................................................................................................ 42

3.4.1 Umum .................................................................................................... 42

3.4.2 Penyelesaian Numerik dengan Komputer ............................................. 43


PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI iii

3.5 Latihan .............................................................................................................. 44

3.6 Rangkuman ...................................................................................................... 45

3.7 Evaluasi ............................................................................................................ 46

BAB IV REMBESAN MELALUI BENDUNGAN ......................................................... 49

4.1 Garis Phreatic dan Flownet .............................................................................. 49

4.2 Flownet Pada Tanah Anisotropis ..................................................................... 59

4.3 Analisis Keamanan Terhadap Piping ............................................................... 62

4.4 Latihan .............................................................................................................. 63

4.5 Rangkuman ...................................................................................................... 63

4.6 Evaluasi ............................................................................................................ 65

BAB V IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN ..................................................... 67

5.1 Penggunaan Metoda Analisis ........................................................................... 67

5.2 Hasil Aplikasi .................................................................................................... 69

5.3 Latihan .............................................................................................................. 70

5.4 Rangkuman ...................................................................................................... 70

5.5 Evaluasi ............................................................................................................ 71

BAB VI CARA PRAKTIS PENGENDALIAN REMBESAN ........................................ 73

6.1 Umum ............................................................................................................... 73

6.2 Pola Kegagalan Akibat Rembesan ................................................................... 73

6.2.1 Tekanan Angkat (Blow Out) ................................................................... 74

6.2.2 Piping (Erosi Buluh) ............................................................................... 75

6.2.3 Erosi Internal .......................................................................................... 77

6.2.4 Solutioning ............................................................................................. 78

6.2.5 Pembasahan Lereng Hilir ...................................................................... 79

6.3 Pengendalian Rembesan ................................................................................. 82

6.4 Pengendalian Rembesan Melalui Fondasi ....................................................... 85

6.5 Latihan .............................................................................................................. 92

6.6 Rangkuman ...................................................................................................... 92

6.7 Evaluasi ............................................................................................................ 94

BAB VII PENUTUP ..................................................................................................... 97

7.1 Simpulan ........................................................................................................... 97

7.2 Tindak Lanjut .................................................................................................... 98


iv PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 99

GLOSARIUM ............................................................................................................ 101

KUNCI JAWABAN ................................................................................................... 105


PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI v

DAFTAR TABEL

Tabel 5.1. Petunjuk Penggunaan Beberapa Metoda Analisis Rembesan .................. 67

Tabel 6.1. Pengaruh Rembesan Terhadap Keamanan Bendungan .......................... 82


vi PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pengujian Pemompaan di Lapangan ...................................................... 8

Gambar 2.2. Pengujian Permeabilitas di Lapangan Dengan Pemompaan ................ 10

Gambar 2.3. Pengujian Permeabilitas Di Lapangan dengan Pemompaan Tertekan . 10

Gambar 2.4. Pengujian di Lapangan dengan Packer ................................................ 11

Gambar 2.5. Uji Tinggi Konstan .................................................................................. 14

Gambar 2.6. Uji Rembesan Cara Tinggi Tekanan Menurun (Falling Head Test) ...... 15

Gambar 3.1. Aliran Air Melalui Pori-Pori Tanah ......................................................... 21

Gambar 3.2. Aliran Air di Dalam Butiran Tanah, Menurut Darcy ............................... 25

Gambar 3.3. Garis Aliran dan Ekipotensial Dari Jaringan Aliran ............................... 27

Gambar 3.4. Flownet dari Sheetpiles Pada Lapisan yang Porous ............................. 29

Gambar 3.5. Teori Jaringan Aliran 3-D ....................................................................... 30

Gambar 3.6. Kondisi-Kondisi Batas ........................................................................... 39

Gambar 3.7. Berbagai Metoda Analisis Rembesan (Seepage) ................................. 43

Gambar 4.1. Jaringan Aliran Pada Bendungan yang Homogen ................................ 49

Gambar 4.2. Bermacam-Macam Garis Freatik Pada Bendungan Urugan Tanah ..... 50

Gambar 4.3. Penentuan Titik Fokus dan Direktris Untuk Pembuatan Garis Freatik/

Phreatic.................................................................................................. 51

Gambar 4.4. Penggambaran Garis Preatik Pada Suatu Bendungan Tanah

Homogen ............................................................................................... 52

Gambar 4.5. Garis Freatis Cara Saffernak & Iterson Untuk Sudut Lereng () < 30º . 53

Gambar 4.6. Cara Penggambaran Parabola .............................................................. 53

Gambar 4.7. Penggambaran Garis Freatik Untuk () > 30º, Menurut Cassagrande . 54

Gambar 4.8. Flownet Tubuh Bendungan Urugan Tanah ........................................... 54

Gambar 4.9. Flownet Pada Zona Inti Bendungan Tipe Zonal .................................... 55

Gambar 4.10. Penyimpangan Garis Aliran, Karena Perbedaan Permeabilitas ......... 55

Gambar 4.11. Flownet Melalui Tubuh Bendungan Isotropis dan Fondasi Kedap Air

(Atas) dan Melalui Bendungan dan Fondasi yang Berlapis (Bawah) ... 56

Gambar 4.12. Pengaruh Perbaikan Fondasi Terhadap Konfigurasi Flownet. ........... 57

Gambar 4.13. Beberapa Konfigurasi Garis Freatik ................................................... 58

Gambar 4.14. Flownet Pada Bendungan yang Isotropis (Atas) dan Anisotropis

(Bawah) ................................................................................................. 60


PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI vii

Gambar 4.15. Garis Preatik Melalui Tubuh Bendungan Dengan Berbagai Drainasi

Kaki ........................................................................................................ 61

Gambar 4.16. Desain Chimney Drain Menggunakan Hukum Darcy .......................... 62

Gambar 6.1. Tipe Didih Pasir (Sand Boiling) .............................................................. 75

Gambar 6.2. Proses Terjadinya Piping ....................................................................... 76

Gambar 6.3. Rembesan Melalui Timbunan ................................................................ 80

Gambar 6.4. Keruntuhan Akibat Pembasahan Lereng yang Progresif ...................... 81

Gambar 6.5. Lapisan Filter Sebagai Pelindung Terhadap Piping .............................. 83

Gambar 6.6. Lapisan Filter yang Dapat ”Menangkap” Air Rembesan Dengan Baik .. 84

Gambar 6.7. Zona Inti Kedap Air di Tengah ............................................................... 85

Gambar 6.8. Paritan Penuh (Positif) ........................................................................... 86

Gambar 6.9. Selimut Kedap Hulu ............................................................................... 87

Gambar 6.10. Berm Rembesan Hilir ........................................................................... 87

Gambar 6.11. Grouting Tirai Sebagai Perbaikan Fondasi Bendungan ..................... 89

Gambar 6.12. Kombinasi Drainase Cerobong dan Drainase Horisontal .................... 90

Gambar 6.13. Drainase Kaki Dikombinasikan Dengan Sumur Pelepas Tekanan ..... 91

Gambar 6.14. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Terhadap Rembesan ............ 91

Gambar 6.15. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Dengan Dinding Halang ........ 91


viii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

Deskripsi

Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan Rembesan terdiri dari lima

kegiatan belajar. Kegiatan belajar pertama membahas tentang penentuan

koefisien permeabilitas dan parameter desain. Kegiatan belajar kedua

membahas tentang jaringan aliran. Kegiatan belajar ketiga membahas tentang

rembesan melalui bendungan. Kegiatan belajar keempat membahas tentang

implementasi analisis rembesan. Kegiatan belajar kelima membahas tentang

cara praktis pengendalian rembesan.

Peserta pelatihan mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara yang

berurutan. Pemahaman setiap materi pada modul ini diperlukan untuk

memahami perhitungan rembesan dalam Perencanaan Bendungan. Setiap

kegiatan belajar dilengkapi dengan latihan atau evaluasi yang menjadi alat ukur

tingkat penguasaan peserta pelatihan setelah mempelajari materi dalam modul

ini.

Persyaratan

Dalam mempelajari modul pembelajaran ini, peserta pelatihan diharapkan dapat

menyimak dengan seksama penjelasan dari pengajar, sehingga dapat

memahami dengan baik materi yang merupakan dasar dari Perencanaan

Bendungan. Untuk menambah wawasan, peserta diharapkan dapat membaca

terlebih dahulu materi sebelumnya terkait bendungan.

Metode

Dalam pelaksanaan pembelajaran ini, metode yang dipergunakan adalah

dengan kegiatan pemaparan yang dilakukan oleh Widyaiswara/ Fasilitator,

adanya kesempatan tanya jawab, diskusi, brainstorming, dan studi kasus.


PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI ix

Alat Bantu/ Media

Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan Alat Bantu/

Media pembelajaran tertentu, yaitu: LCD/ proyektor, Laptop, white board/ Flip

Chart dengan spidol dan penghapusnya, bahan tayang, serta modul dan/ atau

bahan ajar.

Tujuan Kurikuler Khusus

Setelah mengikuti semua kegiatan pembelajaran dalam mata pelatihan ini,

peserta diharapkan mampu permasalahan rembesan dan piping (erosi buluh)

yang terjadi pada bendungan urugan.


x PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI


PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bendungan harus didesain dan dijaga terhadap pengendalian rembesan yang

aman. Jika tidak, bendungan akan mengalami masalah akibat rembesan yang

berlebihan. Rembesan berlebihan mungkin dapat berpengaruh terhadap

keamanan bendungan itu sendiri, jika tidak dilakukan tindakan perbaikan yang

tepat. Masalah dasar adalah membedakan sejauh mana rembesan

berpengaruh terhadap suatu bendungan dan apa tindakan perbaikan paling

tepat, yang harus dilakukan untuk menjamin bahwa rembesan tidak

membahayakan terhadap keamanan bendungan.

Pengelola/ pemilik bendungan sebaiknya memahami masalah rembesan yang

terjadi dan memastikan bahwa bendungan serta bangunan fasilitasnya aman

terhadap bahaya rembesan. Pemantauan juga penting dilakukan dan alat

pengendali rembesan berfungsi dengan baik dan berada pada tempat yang

tepat. Modul ini berisikan latar belakang informasi terhadap penyebab

terjadinya rembesan serta pemantauan dan evaluasi rembesan termasuk cara

kontrol terhadap rembesan.

Air yang disimpan di dalam suatu waduk akan cenderung mencari jalan keluar

(mengalir) ke bagian yang lebih rendah,khususnya ke bagian hilir. Rembesan

merupakan air waduk yang mencari jalan keluar melalui material yang porus

atau suatu rekahan baik yang ada di dalam tubuh maupun fondasi

bendungan. Gaya atau tekanan air dari rembesan yang terjadi dapat

menimbulkan alur air baru atau memperbesar alur eksisting hingga

bendungan rekah. Jadi, pengendalian rembesan merupakan faktor yang

sangat penting dalam desain, pelaksanaan konstruksi dan O&P bendungan

terkait kondisi keamanan bendungan.

Sebelum abad ke-20, pembangunan bendungan urugan tanah atau batu

adalah merupakan seni tersendiri. Bendungan didesain dengan menggunakan

aturan berdasarkan pengalaman (rule of thumb), intuisi atau perasaan atau


2 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI

dengan pengalaman pada masa lalu. Namun, berdasarkan pada peristiwa

kegagalan bendungan yang telah terjadi, sebagian besar kegagalan

bendungan disebabkan oleh rembesan yang tidak terkendali.

Bahkan pada abad ke-20, desain bendungan urugan sebagian besar

berdasarkan pengalaman atau pengamatan yang telah lalu. Pada tahun 1936,

suatu studi terhadap kegagalan bendungan urugan tanah menunjukkan

bahwa sekitar 80% disebabkan oleh tidak terkendalinya rembesan yang

menelan banyak korban jiwa dan harta. Salah satu alasan keterlambatan

mengenai perkembangan analisis desain untuk bendungan urugan yang

terlambat dibandingkan dengan bendungan beton graviti adalah mekanisme

dari rembesan belum difahami secara rinci, meskipun bendungan beton juga

dapat runtuh akibat rembesan yang menghasilkan tekanan angkat yang tinggi

dan mengakibatkan terjadinya retakan besar. Pengalaman banyak diambil dari

gagalnya bendungan di atas lapisan pasir dan kerikil yang terjadi di India,

Timur Tengah dan Afrika.

Bendungan, disamping mempunyai manfaat yang besar, juga menyimpan

potensi yang besar pula. Bila bendungan runtuh (jebol) akan menimbulkan

banjir bandang yang mengakibatkan timbulnya korban jiwa, harta benda dan

kerusakan lingkungan yang parah di bagian hilirnya. Oleh karena itu

bendungan harus di desain dengan aman dan layak secara teknis.

Bendungan dianggap aman, bila pembangunan dan pengelolaannya telah

dilaksanakan mengikuti konsepsi dan kaidah-kaidah keamanan bendungan

yang semuanya tertuang di dalam NSPM.

Agar diperoleh desain bendungan yang aman, hal-hal yang perlu diperhatikan

adalah :

a) Perencana dan pengawas pekerjaan harus benar-benar memahami

filosofi desain bendungan serta konsepsi dan kaidah-kaidah keamanan

bendungan.

b) Perencanaan bendungan harus dilaksanakan tahap demi tahap seperti

yang diatur di dalam ps. 26 PP 29/2000 dan harus mengacu pada NSPM.



c) Kerangka Acuan Kerja (KAK) harus jelas dan lengkap.

1.2 Deskripsi Singkat

Materi pelatihan ini membahas berbagai materi terkait dengan penentuan

koefisien permeabilitas dan parameter desain; jaringan aliran; rembesan

melalui bendungan; implementasi analisis rembesan; cara praktis

pengendalian rembesan.

1.3 Tujuan Pembelajaran

1.3.1 Hasil Belajar

Setelah mengikuti pelatihan ini peserta diharapkan mampu memahami

permasalahan rembesan dan piping (erosi buluh) yang terjadi pada

bendungan urugan.

1.3.2 Indikator Hasil Belajar

Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta pelatihan diharapkan dapat:

a) Menjelaskan penentuan koefisien permeabilitas dan parameter desain’

b) Menjelaskan jaringan aliran;

c) Menjelaskan rembesan melalui bendungan;

d) Menjelaskan implementasi analisis rembesan;

e) Menjelaskan cara praktis pengendalian rembesan.

1.4 Materi Pokok dan Sub Materi Pokok

Materi Pokok dan Sub Materi modul ini sebagai berikut:

a) Materi Pokok 1: Penentuan Koefisien Permeabilitas dan Parameter

Desain

1) Pengujian Permeabilitas di Lapangan

2) Pengujian Permeabilitas di Laboratorium

3) Penentuan Parameter Desain

4) Latihan

5) Rangkuman

6) Evaluasi



b) Materi Pokok 2: Jaringan Aliran

1) Umum

2) Teori Rembesan

3) Informasi, Data dan Kondisi Batas

4) Metoda Analisis

5) Latihan

6) Rangkuman

7) Evaluasi

c) Materi Pokok 3: Rembesan Melalui Bendungan

1) Garis Phreatic dan Flownet

2) Flownet Pada Tanah Anisotropis

3) Analisis Keamanan Terhadap Piping

4) Latihan

5) Rangkuman

6) Evaluasi

d) Materi Pokok 4: Implementasi Analisis Rembesan

1) Penggunaan Metoda Analisis

2) Hasil Aplikasi

3) Latihan

4) Rangkuman

5) Evaluasi

e) Materi Pokok 5: Cara Praktis Pengendalian Rembesan

1) Umum

2) Pola Kegagalan Akibat Rembesan

3) Pengendalian Rembesan

4) Pengendalian Rembesan Melalui Fondasi



BAB II

PENENTUAN KOEFISIEN PERMEABILITAS DAN

PARAMETER DESAIN

2.1 Pengujian Permeabilitas di Lapangan

Penyelidikan lapangan dilakukan dalam rangka memperoleh sifat fisik dan

sifat teknik, baik untuk tubuh dan fondasi bendungan guna menentukan

parameter desain. Penyelidikan tersebut meliputi penyelidikan lapangan,

antara lain melakukan pengeboran, uji in-situ, pengambilan contoh tanah dan

pengujian terhadap material timbunan. Penyelidikan dengan geofisik dan

pengujian-pengujian lapangan perlu dipertimbangkan guna menentukan lokasi

dan titik-titik penyelidikan yang lebih teliti.

Penyelidikan lapangan sebaiknya melibatkan para ahli yang berpengalaman,

antara lain geologi dan ahli geoteknik, juru bor dan ahli geofisik. Investigasi

tersebut cukup mahal; bila biaya merupakan suatu faktor yang harus

dipertimbangkan,maka biaya yang minimum tidak harus mengurangi kualitas

pekerjaan. Misalnya, pengambilan contoh melalui diameter pemboran yang

kecil tidak akan memberikan hasil yang memuaskan dibandingkan dengan

pengambilan contoh melalui diameter pemboran yang lebih besar yang relatif

lebih mahal. Namun, tanpa melakukan pengambilan contoh tanah, pemboran

yang dilakukan akan kurang bermanfaat.

Berikut di bawah beberapa hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan,

khususnya mengenai masalah rembesan, antara lain :

a) Pemetaan lapangan; untuk memperoleh pemetaan geologi dari tapak

bendungan dan luas genangan waduknya. Hal ini penting dilakukan untuk

mengetahui perlapisan dan struktur geologi yang ada di Lapangan.Pada

beberapa kasus,untuk mengantisipasi sumber dan alur rembesan serta

sekaligus untuk menentukan macam instrumentasi dan penyelidikan

Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan dapat menjelaskan penentuan

koefisien permeabilitas dan parameter desain.



bawah tanah,interpretasi foto udara dapat banyak membantu, terutama

pencitraan panas infra merah.

b) Pemboran dan pengambilan contoh tanah; penyelidikan bawah tanah

diikuti pengambilan contoh tanah perlu dilakukan untuk memperoleh

perlapisan tanah dan jenis tanah/ batuan serta untuk mengetahui alur

rembesan. Melalui lubang-lubang bor juga dapat dilakukan pengujian-

pengujian in-situ dan pemasangan pisometer. Pekerjaan pemboran ini

harus disupervisi oleh ahli yang berpengalaman dan harus dilakukan

secara hati-hati untuk mencegah terjadinya masalah yang serius, misalnya

rekah hidraulis, rusaknya lapisan filter yang tipis, terkontaminasinya filter

oleh air pemboran dan terjadinya tekanan rembesan yang tidak terkontrol.

Selama melakukan pemboran di suatu bendungan,sedapat mungkin

diusahakan untuk tidak menggunakan tekanan air.

c) Pengujian lapangan; berbagai pengujian lapangan dapat dilakukan

dalam investigasi rembesan, salah satunya adalah berbagai cara

pengujian permeabilitas dari tanah/batuan. Dengan kemajuan teknologi,

penggunaan kamera di dalam lubang bor sering dilakukan untuk

mengevaluasi rekahan, kekar, dan alur rembesan. Berbagai peralatan

logging melalui lubang juga digunakan untuk mengetahui temperatur air

dan profil kandungan kimiawi. Kandungan kimia di dalam air juga berguna

untuk melakukan identifikasi sumber rembesan. Arah dan kecepatan aliran

rembesan, caliper logs dan berbagai jenis logs dapat membantu dalam

melakukan evaluasi material di dalam lubang spesifik dan diantara lubang-

lubang. Kadang-kadang zat pewarna atau elemen penelusur lain

diinjeksikan untuk mengetahui alur rembesan dan mengukur waktu dari

sumber ke bagian keluarannya. Pada banyak kasus, uji grouting dilakukan

untuk mengevaluasi efektifitas dan ekonomi dari grouting sebagai tindak

perbaikan. Uji pemompaan dapat dilakukan untuk menentukan sifat

hidraulis dari lapisan fondasinya. Dengan menggunakan unit ROV

dilengkapi sidescan sonar atau alat lain dapat membantu mengevaluasi

lebih lanjut masalah rembesan sehubungan dengan kondisi di hilir dan

konduit yang terendam dari bendungan.



d) Investigasi geofisik; teknik geofisik digunakan dalam investigasi

rembesan mencakup metoda permukaan dan downhole. Teknik ini

mencakup survei dengan tahanan elektrik (electrical resistivity), self-

potential survey, seismic dan microseismic survey, gravity dan and

magnetic surveys, ground penetrating radar (GPR), acoustic emission,

gamma and neutron logging dan cross-hole thermography. Metoda

geofisik ini merupakan suatu cara yang cukup murah. Semua metoda di

atas memerlukan suatu verifikasi yang spesifik (lubang-lubang bor, contoh

tanah, peta geologi, elevasi muka air, dll) disamping petugas yang

berpengalaman untuk melakukan interpretasinya.

Secara umum dikenal dua tipe kondisi air tanah yang sering di jumpai

dalam praktek di lapangan. Kedua kondisi tersebut adalah seperti

diuraikan di bawah ini. Pengujian lapangan umumnya dilakukan untuk

memperoleh hasil yang paling baik, karena pengujian lapangan mewakili

kondisi lapangan yang ada. Pengujian lapangan ini dilakukan berdasarkan

perubahan tinggi tekanan yang terjadi di dalam suatu sumur (well), lubang

bor atau sumur uji (test pit). Suatu cara yang sering digunakan adalah uji

pompa melalui sumur (well).



Gambar 2.1. Pengujian Pemompaan di Lapangan

Penentuan nilai Koefisien permeabilitas/konduktifitas (k) dapat dihitung

sebagai berikut :

Kasus 1, Kondisi Aliran Langgeng (Steady state), Akifer Bebas :

(

)

(

) ………………........................................…..(2.1)

Kasus 2, Kondisi Aliran Langgeng (Steady state), Akifer Tertekan :

(

)

( ) ………………........................................…..(2.2)

H adalah tebal lapisan akifer yang ditinjau sedangkan simbol lainnya dapat

dilihat pada gambar.



Asumsi-asumsi yang digunakan adalah :

Kasus 1 :

a) Sumur pompa dibuat sampai setebal penuh dari formasi lapisan pembawa

air,

b) Terjadi kondisi aliran langgeng,

c) Formasi lapisan pembawa air adalah homogin, isotropis dan jaraknya tak

terbatas pada semua arah,

d) Berlaku asumsi Dupuit.

Kasus 2 :

a) Pemompaan dalam kondisi aliran langgeng,

b) S relatif kecil dibandingkan H,

c) Perubahan kecepatan surut kecil,

d) Formasi lapisan pembawa air adalah homogin, isotropis dan jaraknya tak

terbatas pada semua arah.

Perlu diperhatikan bahwa terdapat cara-cara uji lapangan dan rumus-rumus

sehubungan dengan kondisi aliran yang tak langgeng (unsteady state) dan

material-material yang tak jenuh untuk menentukan koefisien permeabilitas

berdasarkan dari pengukuran kecepatan rembesan, dll. (Periksa beberapa

rujukan dari Harr, Todd, Cedergren, Bouwer, Power, USBR, dan U.S. Army

Corps).

a) Lapisan muka air bebas (uncofined)

Permukaan air berupa garis kurva. Kemiringan garis kurva ini cenderung

membuat kemiringan yang kecil, ini berarti penggunaan nilai tangen dapat

diganti dengan nilai sinus untuk gradien hidraulik dalam persamaan

Darcy.



Gambar 2.2. Pengujian Permeabilitas di Lapangan Dengan Pemompaan

……………………………………...……… (2.3)

Integrasi antara r1 dan r2 dengan ketinggian h1 dan h2 yang sesuai, didapat :

(

)

(

)

(

) ………………………………………… (2.4)

b) Lapisan muka air tertekan (confined)

Gambar 2.3. Pengujian Permeabilitas Di Lapangan dengan Pemompaan Tertekan



Luas penampang aliran:

∫

∫

( )

( ) ………………………………………………. (2.5)

c) Uji Packer

Pengujian ini dilakukan pada batuan keras yang dapat menahan tekanan

"packer" (penyekat), yaitu dengan cara melakukan injeksi air ke dalam

lubang bor untuk mendapatkan koefisien kelulusan air dan nilai Lugeon

dari batuan tersebut.

Pengujian dilakukan melalui lubang bor yang telah dibuat sebelumnya,

prosedur pengujian mengikuti standar yang berlaku.

Hg 1 : H gravity pada m.a.t 1

Us,. 2 : H gravity pada m.a.t 2

Hg 3 : H gravity pada m.a.t 3, dihitung

negative sebab air tanah berte

kanan (artesis).

Hp : H pressure

L : panjang lubang yang diuji

2r : diameter lubang yang diuji.

Gambar 2.4. Pengujian di Lapangan dengan Packer



Koefisien kelulusan air (permeabilitas) dengan satuan cm/detik diperoleh

dengan rumus :

Untuk L >= 10 r:

....................... ............................................ (2.6)

Untuk 10 r > L >= r:

................. .......................................... (2.7)

k : koefisien kelulusan air (permeabilitas) (cm/detik)

Q : debit air yang masuk (cm3/detik)

L : panjang lubang bor yang diuji (cm)

Htot : H total = Hp + Hg (cm) -1

Sin h -1 = arc hyperbolic sine

sin h -1x = ln (x + 12 x )

Nilai Lugeon dengan satuan lugeon diperoleh dengan rumus :

pL

QLu

10 atau

tLp

VLu

..

10 ………………………………………… (2.8)

Lu : nilai Lugeon (lugeon)

Q : debit air yang masuk (liter)/menit

P : P total = Pp + Pg (kg/cm2)

L : panjang lubang bor yang diuji (meter)

Catatan :

1) Bila dijumpai air tanah yang bertekanan (air artesis), maka H gravitasi

dihitung negatif,

2) Untuk pemboran miring, maka semua perhitungan harus dikoreksi

terhadap sudut kemiringan lubang bor tersebut.

3) Definisi 1 lugeon adalah banyaknya air yang masuk dalam masa

batuan, dalam liter/menit/meter pada tekanan 10 kg/cm2. Berdasarkan

statistik 1 lugeon hampir sama dengan 10-5 cm/detik.



2.2 Pengujian Permeabilitas di Laboratorium

Pengujian permeabilitas di laboratorium sering dilakukan terhadap contoh-

contoh tanah untuk melengkapi dan mendukung hasil investigasi atau uji

lapangan. Kuat geser dan sifat teknik lain dari tanah dan batuan diperlukan

untuk menentukan tindakan perbaikan. Sebagai contoh, penggunaan suatu

”rock mill” untuk melakukan penggalian suatu paritan yang dalam memerlukan

informasi kuat geser dan kekerasan batuan yang digali. Pengujian kimia di

laboratorium terhadap batuan, tanah dan air (waduk dan rembesan) dilakukan

sehubungan dengan masalah pelarutan (solutioning), garam-garam larut

(terutama gypsum) di dalam tanah atau tanah dispersif.

Pengujian laboratorium mungkin cukup teliti untuk contoh yang kecil, tetapi

kurang cukup mewakili untuk suatu material dengan volume besar di

lapangan. Metoda pengujian permeabilitas di laboratorium dapat berupa

”constant head” dan ”falling head”. Cara falling head sesuai untuk material

tanah berbutir halus yang mempunyai permeabilitas rendah.

Pada pengujian ”constant head” atau uji tinggi tekanan tetap, contoh tanah

ditempatkan di dalam suatu wadah silinder dan air dialirkan melalui suatu

wadah air yang mempunyai tinggi tekanan tetap. Volume air (V) yang mengalir

dalam waktu tertentu (t) kemudian diukur. Rumus koefisien permeabilitas

(konduktifitas) ditentukan berdasarkan rumus Darcy :

k = V/iAt dan i = h/L ……………………………………(2.9)

Pengujian ini biasanya dilakukan terhadap tanah berbutir kasar atau material

yang bersifat cukup rembes air (pervious). Pengeluaran udara saat

penjenuhan perlu dilakukan secara hati-hati.

a) Uji tinggi tekanan tetap/ konstan ( Constant Head )

Pengujian ini dapat dilakukan terhadap contoh tanah yang tidak terganggu

(undisturbed) ataupun contoh tanah terganggu (disturbed). Pengujian ini

cocok dilakukan untuk tanah berbutir kasar yang mempunyai nilai

koefisien permeabilitas yang tinggi, sesuai dengan SNI 03 – 6871 – 2002.



Dinamakan uji tinggi tekanan tetap/konstan, karena selama pengujian

dilakukan diusahakan supaya perbedaan tinggi tekanan muka air selalu

dalam kondisi tetap/ konstan.

Gambar 2.5. Uji Tinggi Konstan

Air dikumpulkan dalam gelas ukur selama waktu tertentu (t)

Q = A v t

v = k i

i =

L

h

……………………………………………………………….(2.10)

Keterangan :

A = luas penampang contoh tanah (cm2 )

L = panjang contoh tanah (cm)

Q = jumlah air yang tertampung di dalam gelas ukur selama waktu

t (cm3)

t = waktu yang dipergunakan untuk mengumpulkan air di gelas ukur

(detik)

h = perbedaan tinggi muka air di dalam alat (cm)

k = koefisien permeabilitas (cm/s)



b) Uji tinggi tekanan menurun ( falling head test )

Pengujian permeabilitas ini dilakukan sesuai dengan SNI 03-6870-2002.

Dengan alat ini perbedaan tinggi muka air pada pipa diukur, mulai dari

saat t = 0 dan perbedaan tinggi muka air = h1 , sampai t = t dan

perbedaan tinggi = h2

Kecepatan turunnya muka air pada pipa v =

dt

dh

Banyaknya air yang masuk ke dalam contoh tanah :

Q masuk = a v = a

dt

dh

Banyaknya air yang keluar dari dalam contoh tanah menurut hukum Darcy

adalah :

Qkeluar = k i A = k

L

h A

Gambar 2.6. Uji Rembesan Cara Tinggi Tekanan Menurun (Falling Head Test)



Proses aliran air terjadi terus menerus, dan Qmasuk = Qkeluar

∫

∫

……………………………………………(2.11)

keterangan :

a = luas penampang pipa ( cm2 )

A = luas penampang contoh tanah ( cm2 )

L = panjang contoh tanah ( cm )

t = waktu penurunan muka air di dalam pipa dari h1 ke h2

k = koefisien permeabilitas ( cm/s )

c) Uji Konsolidasi

Penentuan besarnya koefisien permeabilitas dengan mempergunakan uji

konsolidasi merupakan penentuan tidak langsung

k = Cv mv a cm/s .................................................. (2.12)

Pemeriksaan konsolidasi di maksudkan untuk menentukan sifat

pemampatan suatu macam tanah yang di akibatkan oleh adanya tekanan

vertikal (berupa berat konstruksi atau tanah isian diatas titik yang ditinjau).

Sifat pemampatan ini berupa adanya perubahan volume pori akibat

proses keluarnya air dari dalam pori tanah.



Pada lapisan yang terdiri dari pasir akan segera terjadi penurunan yang

hampir menyeluruh dalam waktu singkat setelah bekerjanya beban/

tekanan. Penurunan disini umumnya kecil. Dalam lapisan yang terdiri

dari butiran halus (lempung), maka penurunan akan agak besar dan

biasanya makan waktu yang lama, oleh karena itu penelitian

konsolidasi umumnya terhadap lapisan tanah berbutir halus.

Besarnya penurunan tergantung pada kecenderungan sifat tanah dapat

dirembes dan ditekan atau tergantung pada koefisien rembesan dan

koefisien konsolidasi.

…...……………………………………………………....…… (2.13)

………………………………………………………………… (2.14)

………………………………………………....… (2.15)

keterangan ;

C v = koefisien konsolidasi (cm2/sekon)

k = koefisien rembesan

γw = berat isi air

m v = koefisien pengecilan isi

a v = koefisien pemampatan

e = angka pori sebelum ada tambahannya tekanan (p)

eo = angka pori sesudah ada tambahannya tekanan (p)

p = tekanan tambahan

Selanjutnya dapat ditulis sebagai berikut :

h

h

p

.

1 ………………………………… (2.16)

keterangan :

h = tebal contoh tanah sebelum penambahan beban

h = selisih tebal contoh tanah sebelum dan sesudah adanya penambahan

beban.

)1(1 00 ep

e

e

av

vm



2.3 Penentuan Parameter Desain

Penentuan koefisien permeabilitas sebagai data masukan untuk analisis

rembesan harus dilakukan setelah melakukan evaluasi berdasarkan evaluasi

hasil penyelidikan, termasuk hasil pengujian lapangan dan metoda yang

digunakan dalam pengujian, serta hasil pengujian di laboratorium.

Untuk perhitungan rinci, penentuan koefisien permeabilitas sebaiknya dilakukan

secara hati-hati, misalnya, pengambilan koefisien permeabilitas untuk

pengeringan fondasi (dewatering) dari suatu konstruksi yang kondisi lapisan

fondasinya porous dan cukup kompleks. Dalam kondisi seperti ini,sebaiknya

penentuan nilai koefisien permeabilitas dilakukan menggunakan metode

pengujian lapangan dengan pumping out test.

2.4 Latihan

1. Sebutkan hal-hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan lapangan

khususnya mengenai masalah rembesan!

2. Apakah yang mendasari adanya 2 (dua) tipe kondisi air tanah yang sering

dijumpai di lapangan (Unconfined dan Confined) ?

3. Jelaskan mengenai Uji Packer!

2.5 Rangkuman

Penyelidikan lapangan dilakukan dalam rangka memperoleh sifat fisik dan

sifat teknik, baik untuk tubuh dan fondasi bendungan guna menentukan

parameter desain sebagai masukan pada analisa rembesan.

Beberapa hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan, khususnya

mengenai masalah rembesan, antara lain :

a) Pemetaan lapangan untuk memperoleh pemetaan geologi dari tapak

bendungan dan luas genangan waduk.

b) Penyelidikan bawah tanah berupa pemboran diikuti pengambilan contoh

tanah perlu dilakukan untuk memperoleh perlapisan tanah dan jenis

tanah/batuan serta untuk mengetahui alur rembesan di bagian fondasi

suatu bendungan.

c) Pengujian lapangan dapat dilakukan dalam investigasi rembesan,yaitu

cara pengujian permeabilitas dari tanah/batuan,penggunaan kamera di



dalam lubang bor untuk mengevaluasi rekahan, kekar, dan alur rembesan

serta caliper logs dan berbagai jenis logs yang dapat membantu dalam

melakukan evaluasi material di dalam lubang spesifik dan diantara lubang-

lubang dll.

d) Investigasi geofisik digunakan dalam investigasi rembesan mencakup

metoda permukaan dan downhole yang cukup murah. Teknik ini

memerlukan suatu verifikasi yang spesifik (lubang-lubang bor, contoh

tanah, peta geologi, elevasi muka air, dll) disamping petugas yang

berpengalaman untuk melakukan interpretasinya.

Dikenal dua tipe kondisi air tanah yang sering di jumpai di lapangan yaitu

kondisi Unconfined dan Confined. Pengujian permeabilitas terhadap kedua

kondisi ini masing-masing adalah Uji Pemompaan Unconfined dan Confined.

Kedua kondisi ditentukan berdasarkan perubahan tinggi tekanan yang terjadi

dalam suatu sumur (well), lubang bor atau sumur uji (test pit).

Uji permeabilitas lainnya di Lapangan adalah Uji Packer yaitu Pengujian pada

batuan keras yang dapat menahan tekanan "packer" (penyekat),dengan cara

melakukan injeksi air ke dalam lubang bor untuk mendapatkan koefisien

kelulusan air dan nilai Lugeon dari batuan tersebut.Pengujian dilakukan

melalui lubang bor yang telah dibuat sebelumnya.

Uji permeabilitas di laboratorium dilakukan terhadap contoh-contoh tanah

untuk melengkapi dan mendukung hasil investigasi atau uji lapangan. Uji

permeabilitas di Laboratorium adalah :

a. Uji tinggi tetap ( Constant Head) untuk Tanah Berbutir Kasar

b. Uji tinggi jatuh (Falling Head ) untuk Tanah Berbutir Halus

c. Uji Konsolidasi

Penentuan besarnya nilai koefisien permeabilitas sebagai masukan dalam

analisis rembesan harus ditentukan berdasarkan evaluasi hasil pengujian

lapangan dan metoda yang digunakan dalam pengujian, serta hasil pengujian di

laboratorium untuk suatu konstruksi yang kondisi lapisan fondasinya porous dan

cukup kompleks.



2.6 Evaluasi

Pilihlah 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal-soal berikut di bawah ini!

1. Parameter desain sebagai masukan pada analisa rembesan ditentukan

melalui penyelidikan lapangan untuk mengetahui…..

a. Sifat fisik tubuh dan fondasi bendungan

b. Sifat teknik tubuh dan fondasi bendungan

c. Sifat fisik dan teknik tubuh dan fondasi bendungan

d. Sifat fisik dan teknik fondasi bendungan

2. Penentuan besarnya nilai koefisien permeabilitas di lapangan dapat

dilakukan melalui uji…..

a. Uji pemompaan Unconfined dan Confined

b. Uji pemompaan Confined dan Uji Packer

c. Uji Konsolidasi

d. Jawaban a dan b

3. Uji permeabilitas di Laboratorium yang paling cocok untuk Tanah

Berbutir Halus adalah…..

a. Uji tinggi jatuh (Falling Head )

b. Uji tinggi konstan ( Constant Head )

c. Uji Konsolidasi

d. Uji Packer



BAB III

JARINGAN ALIRAN

3.1 Umum

Semua jenis tanah dapat dilalui oleh air melalui pori-pori tanah. Tekanan air

pori diukur relatif terhadap tekanan udara (atmosfir) dan bila permukaan

didalam tanah sama dengan tekanan atmosfir, maka hal itu disebut muka air

tanah atau muka air freatik. Tanah yang ada dibawah muka air tanah,

biasanya dalam keadaan jenuh sempurna dengan tingkat penjenuhan

mendekati 100%.

Permeabilitas atau kelulusan air tergantung dari ukuran rata-rata butiran tanah

yang mempunyai hubungan dengan pembagian butiran tanah, bentuk partikel

dan struktur tanah.

Apa yang disebut dengan

permeabilitas ?

Suatu ukuran dari kemudahan cairan (a.l., air) dapatmelewati media porus (e.g., tanah)

Tanah lepas

- mudah mengalir

- permeabilitas tinggi

Tanah rapat (dense)

- sulit mengalir

- Permeabilitas rendah

air

Gambar 3.1. Aliran Air Melalui Pori-Pori Tanah

Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan jaringan

aliran.



Pada umumnya, semakin kecil ukuran partikel tanah,semakin rendah koefisien

permeabilitas (k) atau kelulusan airnya.

Nilai tipikal koefisien permeabilitas (k) atau kelulusan air dari berbagai jenis

tanah adalah sebagai berikut :

Kerikil : >1 cm/s

Pasir campur kerikil : 10-2 - 1 cm/s

Pasir halus, lanau dan lanau lempung : 10-5-10-7 cm/s

Lempung dan lanau lempung :< 10 - 5 cm/s

Nilai koefisien permeabilitas (k) atau kelulusan air dapat diperoleh dari

pengujian di laboratorium dan pengujian lapangan.

Air dalam tanah didapatkan dalam bentuk:

a) air bebas (gravitational water)

b) air tanah (ground water)

c) air higroskopis

Air bebas adalah air yang masuk ke dalam tanah melalui permukaan dan

bergerak ke bawah sebagai akibat dari gaya gravitasi sampai mencapai

lapisan yang tak dapat dirembesi. Permukaan air ini disebut sebagai

permukaan air tanah. Tekanan pada permukaan air tanah = 1 atmosfir. Air

yang terdapat dibawah muka air tanah dinamakan air tanah,dan berada di

dalam pori-pori, akibat gaya tarik-menarik antar molekul serta dinamakan air

higroskopis.

Pori-pori yang terdapat dalam tanah bukanlah merupakan pori-pori yang

saling terpisah, sehingga air yang berada di dalam pori-pori dapat mengalir

melalui ruang antar pori.

Proses mengalirnya air dalam pori-pori tanah tersebut dinamakan rembesan

(seepage), sedangkan kemampuan tanah untuk dapat dirembesi disebut daya

rembes atau permeabilitas (permeability).



Daya rembes penting dalam teknik sipil, karena memegang peranan dalam

hal seperti :

a) kemungkinan bocor pada suatu bendungan

b) menentukan besar dan tingkat penurunan (settlement) yang mungkin

terjadi.

c ) kestabilan lereng galian tanah

d) kecepatan rembesan yang mungkin dapat menimbulkan erosi yang

berbahaya.

Faktor-faktor yang mempengaruhi rembesan antara lain:

a ) ukuran partikel

b) kadar pori

c) susunan tanah

d) struktur tanah

e) derajat kejenuhan

Kegagalan-kegagalan bendungan di masa lalu, adalah disebabkan oleh

kurangnya suatu pola yang logis dan konsisten untuk melakukan analisis dan

mengantisipasi masalah-masalah rembesan. Rumus-rumus empiris

berdasarkan suatu pengamatan yang baik dan kinerja yang buruk,walau

beberapa memang membantu,tetapi sering tidak dapat diaplikasikan pada

material timbunan, fondasi, dan lingkungan yang berbeda meskipun sedikit.

Air di dalam waduk selalu mencari jalan keluar melalui alur terlemah; alur

tersebut dapat melalui tubuh, fondasi atau sekitar tumpuan bendungan.

Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan dapat

terjadi akibat :

a) Tekanan angkat berlebihan,

b) Piping,

c) Erosi internal,

d) Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah melarut,

e) Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan

terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing)



3.2 Teori Rembesan

Tahun 1856, Henry Darcy, seorang ahli hidraulika dari Perancis mengadakan

suatu percobaan aliran air yang melalui suatu lapisan tanah. Karena aliran air

dalam lapisan tanah mempunyai kecepatan yang kecil sekali, maka aliran

tersebut dapat dianggap sebagai aliran laminer. Darcy mendapatkan bahwa

besarnya kecepatan aliran yang mengalir masuk ataupun keluar dari lapisan

tanah sebanding dengan gradien hidrauliknya.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada hukum Darcy, adalah :

a) Kecepatan aliran Vd adalah kecepatan aliran fluida dan didefinisikan

sebagai jumlah kotor aliran yang mengalir melalui luas penampang massa

tanah dalam satuan waktu tertentu. Karena aliran hanya terjadi melalui

pori-pori tanah, aliran air yang riil atau kecepatan rembesan (Vs) untuk

suatu molekul tunggal dari air yang melalui suatu alur unik dari pori-pori

tanah adalah lebih besar dibandingkan dengan kecepatan debitnya.

b) Kecepatan rembesan secara kasar adalah sama dengan kecepatan debit

dibagi dengan porositas tanah.

c) Hukum Darcy hanya berlaku untuk aliran laminer (aliran-aliran air yang

berdekatan saling sejajar dan lurus serta kecepatan aliran Vd adalah

proporsional dengan gradien hidraulis, i). Hukum ini berlaku untuk

kebanyakan tanah, tetapi aliran melalui kerikil kasar dan bukaan dalam

batuan dapat berubah menjadi turbulen dan Vd akan proporsional dengan

akar kuadrat dari i.

d) Hukum Darcy dibatasi untuk aliran melalui material yang jenuh. Aliran

melalui material yang tak jenuh adalah dalam kondisi ”transient” yang

tergantung dari waktu (time dependent).

e) Hukum Darcy tidak cocok untuk aliran melalui retakan atau rekahan dari

batu atau tanah.

Hukum Darcy dapat ditulis sebagai berikut :

Q = k i A ..........................................................................................(3.1)

keterangan:

Q = volume aliran air persatuan waktu yang masuk ataupun keluar.

K = konstanta yang dikenal sebagai koefisien permeabilitas

i = gradien hidrolik



A = luas penampang tanah yang dilewati

h1 – h2 = perbedaan tinggi muka air pada kedua ujung contoh tanah

L = panjang lapisan tanah yang dirembesi

Q = A

L

h2) - (h1 k ………………………………………….... (3.2)

Q/A = v = ki ……….........…………………………………..(3.3)

v = kecepatan aliran

Gambar 3.2. Aliran Air di Dalam Butiran Tanah, Menurut Darcy

Luas penampang A terdiri dari luas butir As dan luas pori Av. Air akan

merembes melalui pori-pori dengan kecepatan sebesar Vs (=seepage

velocity).

V = v masuk = v keluar Q = A v = Av Vs

Vs =

vA

v A ……………………………………………………(3.4)

Vs =

L A

v L A

v

=

pV

v V …………………………………………... (3.5)

porositas = n = Vp/V

Vs =

n

V …………………………………………………… (3.6)



Vs =

n

i k …………………………………………………… (3.7)

0% ≤ n ≤ 100%, jadi Vs selalu ≥ v

Hukum Darcy mempunyai banyak aplikasi dalam analisis rembesan,

termasuk:

a) Penentuan permeabilitas, baik di lapangan maupun di laboratorium.

b) Memprediksi jumah aliran laminer.

Dengan menambahkan sedikit modifikasi, hukum Darcy dapat diaplikasikan

untuk aliran turbulen, transient dan aliran jenuh sebagian.

3.2.1 Aliran Langgeng

a) Aliran Rembesan 2-D

Untuk menentukan besarnya rembesan secara grafis, lebih dahulu harus

dikenali apa yang disebut dengan garis aliran dan garis ekipotential. Garis

aliran adalah garis yang akan dilalui oleh air yang merembes masuk ke

dalam tanah dari bagian hulu ke bagian hilir. Garis aliran dapat digambar

pada setiap titik dimana air mulai merembes. Setiap garis aliran

mempunyai nilai k yang sama.

Didalam tanah yang dirembesi air dapat diukur tinggi potential pada setiap

titik. Garis yang menghubungkan titik-titik dengan tinggi potential yang

sama dinamakan garis ekipotential. Pisometer yang dipasang pada setiap

titik yang terletak pada garis ekipotential yang sama akan menunjukan

tinggi permukaan air yang sama ( h sama).

Grafik yang menggambarkan garis-garis aliran dan ekipotential dinamakan

jaringan aliran (flow net). Jaringan aliran dipergunakan untuk menghitung

banyaknya rembesan yang mungkin terjadi.



Gambar 3.3. Garis Aliran dan Ekipotensial Dari Jaringan Aliran

Seperti telah dijelaskan di depan, untuk aliran yang laminer, berlaku

hukum Darcy : q = A k i

q = debit air yang melalui penampang massa tanah A

k = koefisien permeabilitas

i = gradien hidraulik

Tinjau satu unit lebar dari tanah dimana q = 1 unit rembesan yang melalui

celah antara 2 garis aliran, maka :

q = b x l x k i

= b k i

bl

hkq

..............................................................(3.8)

keterangan :

b = jarak antara 2 garis aliran

l = jarak antara 2 garis ekipotential

h = kehilangan enersi potential antara 2 garis ekipontial yang

berurutan

Garis-garis aliran dan ekipotential saling berpotongan tegak lurus dan

membentuk bagian-bagian yang mendekati bujur sangkar.



Pada jaringan aliran tidak ada bagian yang benar-benar bujur sangkar,

kebanyakan hanya mendekati, dan juga kadang-kadang terdapat pula

yang berbentuk segitiga. Akan tetapi ketelitian perhitungan dengan cara

grafis ini dapat dicapai dengan cara menggambarkan garis aliran yang

cukup banyak (5 atau 6 garis).

Jika bagian pembagi garis-garis ekipotential adalah Nd, maka :

dn

hh

Jika bagian pembagi garis-garis aliran adalah Nf, maka :

fN

qq

Sehingga diperoleh banyak (debit) rembesan, q :

Nd

Nfkhq ................................................................. ....... (3.9)

Aliran air melalui media yang lulus air adalah merupakan satu dari

beberapa bentuk aliran air yang mengikuti hubungan dasar yang sama,

yang ditunjukkan oleh persamaan Laplace. Dalam 2-D, persamaan

Laplace dapat diselesaikan dengan menggambarkan dua kurva yang

memotong tegak lurus membentuk pola seperti bujur sangkar, yang

disebut “ jaring-jaring aliran atau flownet ”. Dari flownet dapat diperoleh

tekanan dan debit aliran.

Kemampuan dalam menggambar jaring aliran (flownet) berdasarkan dari

praktek dan hasil akhir gambar flownet yang telah diperbaiki (cara coba-

coba). Meskipun penggambaran flownet dilakukan secara kasar, namun

masih dapat menghasilkan estimasi debit rembesan yang masuk akal.

Upaya yang lebih teliti dilakukan untuk menentukan gradien keluaran (exit

gradient) yang cukup teliti. Hal ini memerlukan pengetahuan dasar flownet

dan analis rembesan.



Flownet adalah salah satu metoda yang sangat bermanfaat untuk

menyelesaikan persamaan Laplace. Suatu flownet adalah merupakan 2

garis atau kurva yang saling berpotongan saling tegak lurus (orthogonal).

Satu set flownet merupakan alur/garis aliran (flowlines) melalui media

porous dan garis lainnya yang tegak lurus garis aliran,yang menunjukkan

lokasi titik-titik yang mempunyai tekanan pisometrik yang sama

(equipotential lines).

Gambar 3.4. Flownet dari Sheetpiles Pada Lapisan yang Porous

Untuk menggambar suatu flownet, beberapa sifat yang harus diambil

sebagai acuan, adalah :

1) Geometri media porous.

2) Terdapat kondisi batas.

3) Asumsi yang diperlukan untuk menyelesaikan persamaan Laplace

4) Kondisi permeabilitas yang anisotropis.

Flownet dapat digambarkan untuk kondisi-kondisi aliran bebas dan aliran

tertekan, untuk kondisi permeabilitas anisotropis, aliran transient dan

penampang komposit, seperti fondasi yang berlapis-lapis (stratifikasi) dan

bendungan jenis zonal. Flownet juga menggambarkan distribusi tekanan-

tekanan dan arah aliran. Berdasarkan pengetahuan mengenai tekanan

hidraulik dan permeabilitas media yang porous, flownet dapat memberikan

informasi penting mengenai stabilitas dan debit rembesan, gradien



keluaran, gaya-gaya rembesan dan tekanan-tekanan angkat yang bekerja

di dasar bangunan. Seperti contoh pada Gambar 3.4, debit rembesan

adalah :

q = Kh Nf = Kh 4 = Kh .............................................. (3.10)

Nd 8 2

b) Aliran Rembesan 3-D

Rembesan air di dalam tanah dalam keadaan sebenarnya terjadi

kesegala arah, tidak dalam arah vertikal atau horisontal saja, serta

besarnya aliran tidak sama untuk setiap penampang yang ditinjau.

Tinjauan umumnya dilakukan untuk kondisi tanah dengan aliran keadaan

tunak/ aliran langgeng (steady state) yaitu aliran dalam kondisi dengan

asumsi sebagai berikut :

1) Tanah jenuh

2) Gradien tekanan tetap

3) Massa tanah tetap

4) Kecepatan aliran tetap

Elemen A berbentuk kubus seperti pada gambar di bawah dengan rusuk-

rusuknya dx, dy, dz dan terletak pada aliran keadaan tunak.

Gambar 3.5. Teori Jaringan Aliran 3-D



qxi, qyi, qzi = banyaknya aliran air yang masuk ke dalam elemen A

dalam arah x,y,z.

qxo, qyo, qzo = banyaknya aliran air yang keluar dari elemen A dalam

arah x, y, z.

Koefisien rembesan dalam arah x, y, z, adalah kx, ky, kz.

Tinggi energi total dalam elemen adalah h.

Untuk aliran keadaan tunak (steady flow) rembesan masuk = rembesan

keluar.

Jika ditinjau 2 dimensi saja, umpamanya x-y dan y-z, dimana aliran

terbesar umumnya terjadi, maka diperoleh persamaan :

02

2

2

2

z

z

x

x

hk

hk ....................................................... (3.11)

Jika tanah isotropis, maka kx = kz

02

2

2

2

zx

hh .............................................................................(3.12)

Persamaan Laplace memberikan hubungan dasar untuk aliran keadaan

tunak (steady flow) dalam tanah yang isotropis. Persamaan Laplace juga

menyatakan persamaan untuk 2 kelompok kurva yang saling berpotongan

tegak lurus. Kurva tersebut adalah kurva dari garis-garis aliran (flow lines)

dan garis ekipotensial (equipotential lines).

Metoda iterasi diperlukan untuk menyelesaikan persamaan diferensial

parsial untuk aliran 3-D. Penyelesaian numerik sering dilakukan dengan

menggunakan Finite Different atau Finite Element Method 2-D dan 3-D.

Metoda ini memerlukan program komputer yang canggih dan memerlukan

ahli teknik yang mempunai pengalaman cukup.

Kebanyakan masalah-masalah rembesan pada suatu bendungan dapat

diselesaikan menggunakan analisis 2-D, kadang-kadang dengan flownet

Persamaan ini dikenal dengan nama

persamaan kontinuitas Laplace



yang digambar dengan tangan. Namun, untuk masalah rembesan yang

kompleks memerlukan analisis 3-D.

Asumsi-asumsi yang digunakan dalam persamaan Laplace, adalah :

1) Tanah sebagai media lulus air adalah homogin,

2) Pori-pori tanah penuh terisi air (jenuh),

3) Tanah dan air bersifat tidak termampatkan (incompressible),

4) Aliran adalah laminar dan berlaku hokum Darcy.

Tanah yang akan dianalisis adalah bersifat homogin, sehingga tanah yang

berlapis-lapis (stratification) atau batuan yang mengalami perubahan

geologi akan berpengaruh terhadap kondisi rembesan, seperti contoh di

bawah:

1) Endapan tanah alluvial selalu bersifat berlapis-lapis (stratified) sampai

kedalaman tertentu, dan bahkan fondasi pasir yang kelihatannya

homogin mempunyai koefisien permeabilitas arah horisontal beberapa

kali lebih besar dibandingkan permeabilitas vertikal.

2) Koefisien permeabilitas batuan intact (solid) umumnya rendah, tetapi

permeabilitas massa batuan yang sama dapat lebih tinggi, karena

permeabilitas batuan massa dikontrol oleh diskontinyuitas massa,

seperti bedding plane, kekar, sesar dan zona geser (shear zone).

3) Permeabilitas massa batuan yang mudah larut dapat berubah dengan

cepat dengan waktu, karena terjadinya larutan aktif akibat rembesan

yang sedang berlangsung atau akibat rembesan yang menggerus

material pengisi yang lunak yang biasanya terdapat di dalam alur

pelarut yang ada.

4) Timbunan yang kelihatannya homogin mempunyai permeabilitas arah

horisontal yang besarnya antara 4 – 9 kali permeabilitas vertikal,

karena timbunan dipadatkan lapis demi lapis arah horisontal.

5) Permeabilitas diasumsikan tidak menimbulkan masalah yang

potensial, karena massa timbunan tahan terhadap retakan dan erosi

internal.



Faktor-faktor yang mempengaruhi permeabilitas pada analisis rembesan

bendungan, adalah sebagai berikut :

1) Derajat penjenuhan media porous,

2) Ukuran butir dan bentuknya (bundar atau bersudut),

3) Berat si tanah,

4) Pengaturan butiran atau struktur; termasuk stratifikasi, floculated

structure dalam lempung, lanau dan pasir halus yang porous,

collapsible soil seperti loess,

5) Gradasi ukuran butir; pasir atau kerikil bergradasi buruk (seragam)

jauh lebih pervious dibandingkan yang bergradasi baik pada ukuran

D50 yang sama. Banyak dan jenis butiran halus (lulus saringan no.200)

sangat mempengaruhi permeabilitasnya. Suatu persentase kecil

butiran halus dapat membuat pasir dan kerikil yang bergradasi baik

menjadi kedap air secara efektif.

Model komputer digunakan untuk menyelesaikan persamaan Laplace

untuk aliran yang kompleks. Dua metoda utama dari model numerik

tersebut adalah fine difference dan finite element method. Keduanya

dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah rembesan 2-D dan 3-D.

Masalah rembesan yang sederhana dapat diselesaikan dengan

menggunakan tangan/ manual, tetapi masalah yang lebih rumit dapat

diselesaikan dengan bantuan komputer. Kedua cara di atas menggunakan

sistim grid untuk membagi-bagi daerah aliran ke dalam elemen terpisah

(discrete element). Elemen yang saling berpotongan disebut node.

Pada sistim lain, suatu seri persamaan aljabar digunakan untuk

menyelesaikan persamaan Laplace. Pada FEM, bila grid terdiri dari N

elemen, terdapat N persamaan dengan N yang tak diketahui yang harus

diselesaikan. Keuntungan dari cara numerik ini adalah :

1) Masalah rembesan 2-D dan 3-D, termasuk perlapisan dan sifat

stratifikasi dan kantung-kantung material dapat dimodelkan.

2) Pada zona dimana gradien rembesan atau kecepatannya tinggi, dapat

dimodel lebih teliti dengan menggunakan berbagai ukuran elemen.

3) Tidak diperlukan transformasi dimensi atau properti.



4) Hasil dapat dicetak dalam digital untuk memudahkan plotting flownet.

5) Berbagai program mempunyai opsi-opsi dan kapasitas untuk

perhitungan gaya-gaya rembesan dan mengatasi aliran transient dan

ketergantungan waktu serta berbagai tingkat kejenuhan.

Persamaan Laplace 3-D ditunjukkan oleh persamaan di bawah.

δ2h + δ2h + δ2h = 0 .............................................................. (3.13)

δx2 δy2 δz2

Metoda iterasi diperlukan untuk menyelesaikan persamaan diferensial

parsial untuk aliran 3-D. Penyelesaian numerik sering dilakukan dengan

menggunakan Finite Different atau Finite Element Method 2-D dan 3-D.

Metoda ini memerlukan program komputer yang canggih dan memerlukan

ahli teknik yang mempunai pengalaman cukup. Kebanyakan masalah-

masalah rembesan pada suatu bendungan dapat diselesaikan

menggunakan analisis 2-D, kadang-kadang dengan flownet yang

digambar dengan tangan. Namun, untuk masalah rembesan yang

kompleks memerlukan analisis 3-D.

3.2.2 Aliran Melalui Rekahan (Fracture Flow)

Permeabilitas Darcy tidak berlaku untuk aliran air melalui rekahan terbuka,

kekar-kekar, atau retakan lain dalam batuan atau tanah. Melakukan evaluasi

aliran melalui rekahan adalah cukup kompleks, karena aliran tergantung dari

bentuk geometri rekahan, kekasaran rekahan, isi rekahan dan ukuran

bukaannya. Jadi, masalah rekahan tersebut memerlukan penyelidikan yang

intensif untuk solusinya. Penyederhanaan masalah sering digunakan,

termasuk penyederhanaan masalah supaya hukum Darcy berlaku dengan

menggunakan suatu ”bulk” konduktivitas hidraulis (bulk hydraulic conductivity)

untuk massa batuan yang banyak mengandung rekahan.

Aliran melalui rekahan tanah akan mengakibatkan terjadinya erosi internal.

Melakukan evaluasi terhadap potensi erosi internal sering dilakukan



berdasarkan pengalaman/empiris, karena model matematis belum tersedia

serta masalah dalam memodelkan karakter dari rekahan itu sendiri. Evaluasi

sering mempertimbangkan apakah perbaikan yang didesain dan

dilaksanakan berdasarkan asumsi bahwa erosi internal benar-benar akan

menimbulkan masalah.

Aliran rekahan dapat menjadi pola yang dominan dari rembesan melalui

fondasi dan tumpuan yang berupa batuan. Hal tersebut juga merupakan suatu

pola utama dari transportasi aliran terhada erosi internal. Hukum Darcy tidak

berlaku untuk aliran melalui suatu rekahan terbuka, seperti yang diturunkan

dari aliran melalui kolom pasir homogin. Meskipun begitu, persamaan Darcy

dan Laplace secara pendekatan berlaku untuk aliran melalui suatu rekahan

massa batu yang seragam, bila volume batuan yang ditinjau adalah rekahan

yang seragam dan dapat dianggap bersifat isotropis. Metoda ini digunakan

untuk menyelesaikan persamaan Laplace dan permeabilitas Darcy yang

digunakan dalam persamaan Darcy yang sensitif terhadap pengaruh skala.

Rekahan bervariasi dari tingkat anisotropis tinggi hingga ke tingkat yang relatif

rendah, tergantung dari ukuran dan skala volume batuan yang ditinjau serta

spasi dari rekahan yang berhubungan. Dengan alasan tersebut, analisis

masalah aliran melalui rekahan harus dilakukan oleh seorang ahli yang

berpengalaman.

Dalam bentuk yang sederhana, aliran rekahan dapat didekati sebagai aliran

melalui bidang lempeng yang paralel. Penelitian aliran melalui lempeng paralel

tersebut menghasilkan suatu persamaan untuk menentukan konduktivitas

hidraulis dari suatu rekahan. Konduktivitas hidraulis dari suatu rekahan (kf)

adalah sebagai berikut :

Kf = ρ g a2 ...................................................................(3.14)

12f μ

keterangan :

a = ukuran rekahan

μ = kekentalan cairan



f = faktor kekasaran rekahan (friksi)

ρ = kerapatan cairan

g = gravitasi

Debit aliran yang melalui rekahan (Q) adalah tergantung dari gradien hidraulis,

konduktivitas rekahan dan luas penampang bagian yang tegak lurus aliran

yang ditunjukkan oleh persamaan berikut ini :

Q = VA ................................................................. (3.15)

keterangan :

V = kfi ( v adalah kecepatan aliran dan i adalah gradien hidraulik)

A = La ( L adalah panjang rekahan, a adalah lebar dan A luas penampang

rekahan).

Dalam dimensi metrik (m3), persamaan tersebut menjadi :

Q = ρ g i L a3 ............................................................(3.16)

12f μ

Kekasaran permukaan kekar dan sinusitis alur kekar akan mempengaruhi

aliran. Bukaan kekar ketika dibebani oleh tekanan hidrostatis akan menambah

debit aliran yang melalui kekar-kekar. Bentuk geometri kekar dan pengaruh

turbulen akibat aliran yang terpusat akan mengurangi aliran melalui suatu

jaringan kekar. Variasi di dalam material yang mengisi kekar juga dapat

mengurangi aliran. Kekar-kekar tidak tersebar dalam luas yang tak terbatas

dan biasanya mempunyai lebar yang bervariasi.

Pada saat ini ada dua metoda yang digunakan untuk menyederhanakan

masalah aliran melalui rekahan, yakni analisis pemisahan (discrete analysis)

dan metoda media homogin (equivalent homogeneous medium). Analisis

discrete digunakan bila kondisi lapangan memungkinkan untuk

menyederhanakan karakter dari sistim kekar. Persamaan aliran melalui

rekahan dapat digunakan dengan mengakomodasi pengaruh kekar-kekar

yang saling memotong, kekasaran kekar dan jaringan geometrinya. Beberapa



program model aliran melalui rekahan yang tersedia di pasar dapat digunakan

untuk memecahkan masalah aliran discrete ini.

Bila jaringan rekahan terlalu kompleks dan luas untuk dijadikan model

discrete, hal tersebut dapat disederhanakan sebagai aliran ekivalen melalui

media porus yang homogin. Jadi, pengujian pemompaan (large-scale pumping

test) harus digunakan untuk menentukan parameter konduktivitas hidraulis

rata-rata yang mewakili rekahan massa batuan yang luas.Persamaan standar

untuk aliran melalui media porous homogin dapat digunakan untuk

menyelesaikan masalah rembesan tersebut. Hal ini adalah merupakan suatu

asumsi yang digunakan pada rekahan batuan yang seragam pada desain

yang mengandung factor-faktor ketidak tentuan yang tinggi.

3.2.3 Aliran Tidak Jenuh

Aliran air melalui suatu media porous (tanah) yang tidak jenuh telah diteliti

dengan menggunakan persamaan-persamaan yang berbeda, termasuk

persamaan Green-Ampt dan lain-lainnya. Aliran tak jenuh tidak sering

menimbulkan masalah yang mempengaruhi keamanan bendungan. Informasi

lebih jauh mengenai masalah ini diuraikan dalam buku-buku rujukan, antara

lain “Dynamics of fluids in porous media” oleh Jacob Bear, “Groundwater” oleh

Freeze and Cherry, “Groundwater Hidrology” oleh Bouwer, dan lain-lainnya.

3.3 Informasi, Data dan Kondisi Batas

Validitas dan kualitas dari analisis rembesan tergantung dari informasi yang

tersedia sebagai masukan ke dalam analisis, antara lain meliputi :

a) Lokasi batasan dan alur aliran,

b) Jenis aliran,

c) Permeabilitas dari berbagai material yang dlalui aliran rembesan.

Masalah-masalah rembesan timbul, karena informasi yang tersedia saat tahap

desain dan konstruksi bendungan sering tidak mencukupi untuk memprediksi

rembesan. Untuk itu, diperlukan pengamatan lapangan pasca konstruksi



sebagai tambahan informasi dalam mengatasi masalah rembesan yang

timbul.

Kondisi batas (boundary conditions) ini menentukan batas dan kondisi aliran

dari penampang yang dianalisis. Daerah batas mencakup lapisan fondasi

kedap air (tidak terjadi rembesan), bidang masuknya aliran dan bidang

keluaran rembesan, termasuk penentuan rembesan bersifat tetap atau

sementara (transient).

Kondisi dan lokasi daerah batas tersebut ditentukan oleh :

a) Investigasi lapangan dan geologi lapangan,

b) Asumsi berdasarkan ”engineering judgment”,

c) Kondisi yang diingikan desain dan jenis struktur,

d) Geometri bendungan.

Dalam banyak kasus, diperlukan simplifikasi asumsi untuk menentukan

kondisi batas. Beberapa kondisi batas tersebut dapat dilihat pada gambar di

bawah.



Gambar 3.6. Kondisi-Kondisi Batas

Bidang kontak antara media pervious yang jenuh dengan material di dekatnya

berupa tanah atau beton yang mempunyai koefisien permeabilitas rendah

dianggap sebagai kondisi batas yang kedap air dan diasumsikan bahwa aliran

rembesan tidak dapat menembus lapisan ini, sehingga aliran yang melalui

lapisan yang porous di dekatnya adalah sejajar dengan daerah batas tersebut.

Garis-garis AB dan 1-8 pada gambar 3.6A di atas adalah merupakan daerah

batas.



Garis-garis yang menentukan dimana air masuk atau keluar dari massa yang

porous disebut sebagai daerah pemasukan (entrance) dan daerah keluaran

(exit). Di sepanjang garis-garis ini (garis-garis 0-1 dan 8-G di Gambar 3.6A

serta garis-garis AD dan BE di Gambar 3.6B adalah merupakan garis-garis

potensial (mempunyai level pisometrik yang sama). Aliran tegak lurus bidang

pemasukan atau keluaran.

Massa pervious yang jenuh juga mempunyai suatu daerah kondisi batas yang

berhubungan dengan atmosfir dan air keluar di sepanjang bidang tersebut,

seperti garis GE di Gambar 3.6B. Tekanan di sepanjang bidang ini adalah

sama dengan tekanan atmosfir. Bidang ini disebut muka aliran atau bidang

rembesan.

Garis DG pada Gambar 3.6B adalah garis yang terletak di antara massa

pervious dimana air pada tekanan atmosfir. Garis ini disebut sebagai garis

freatik atau permukaan bebas (free surface). Material di bawah garis freatik

adalah dalam kondisi jenuh. Diasumsikan bahwa tidak ada aliran yang

memotong permukaan freatik, jadi aliran dalam massa porous di dekatnya

sejajar dengan garis freatik. Pada daerah batas kedap air serta pemasukan

dan keluaran, lokasi muka freatik tidak diketahui, sampai distribusi aliran di

dalam hassa pervious diketahui.

Gambar 3.6 di atas juga menunjukkan 2 kasus umum rembesan, yakni aliran

bebas (confined flow).Gambar 3.6A terjadi di dalam suatu massa pervious

jenuh di bawah suatu bendungan beton yang tidak mempunyai gais freatik.

Aliran tertekan (unconfined flow).Gambar 3.6B terjadi bila massa tanah

pervious mempunyai suatu garis freatik. Aliran bebas mempunyai semua

daerah batas yang pasti. Pada aliran tertekan, permukaan rembesan dan

garis freatik harus ditentukan dengan analisis atau dari pengamatan lapangan.

Seperti dijelaskan, hukum Darcy dan koefisien permeabilitas Darcy (k) hanya

berlaku untuk aliran laminer melalui media tanah yang porous. Untuk kerikil

berbutir kasar dan batu yang mempunyai alur aliran yang besar, aliran akan

bersifat turbulen, kecepatan aliran tidak proporsional dengan gradien hidraulis

dan hukum Darcy tidak berlaku. Masalah aliran turbulen ini dibahas lebih rinci



dalam buku rujukan Cedergren’s Seepage, Drainage and Flownets and the

US Army Corps of Engineers Manual Seepage Analysis and Control for Dams.

Tanah yang akan dianalisis adalah bersifat homogin, sehingga tanah yang

berlapis-lapis (stratification) atau batuan yang mengalami perubahan geologi

akan berpengaruh terhadap kondisi rembesan, seperti contoh di bawah:

a) Endapan tanah alluvial selalu bersifat berlapis-lapis (stratified) sampai

kedalaman tertentu dan bahkan fondasi pasir yang kelihatannya homogin

mempunyai koefisien permeabilitas arah horisontal beberapa kali lebih

besar dibandingkan permeabilitas vertikal.

b) Koefisien permeabilitas batuan intact (solid) umumnya rendah, tetapi

permeabilitas massa batuan yang sama dapat lebih tinggi, karena

permeabilitas batuan massa dikontrol oleh diskontinyuitas massa, seperti

bedding plane, kekar, sesar dan zona geser (shear zone).

c) Permeabilitas massa batuan yang mudah larut dapat berubah dengan

cepat seiring waktu, karena terjadinya larutan aktif akibat rembesan yang

sedang berlangsung atau akibat rembesan yang menggerus material

pengisi yang lunak yang biasanya terdapat di dalam alur pelarut.

d) Timbunan yang kelihatannya homogin mempunyai permeabilitas arah

horisontal yang besarnya antara 4 – 9 kali permeabilitas vertikal, karena

timbunan dipadatkan lapis demi lapis arah horisontal.

e) Permeabilitas diasumsikan tidak menimbulkan masalah yang potensial,

karena massa timbunan tahan terhadap retakan dan erosi internal.

Faktor-faktor yang mempengaruhi permeabilitas pada analisis rembesan

bendungan, adalah sebagai berikut :

a) Derajat penjenuhan media porous,

b) Ukuran butir dan bentuknya (bundar atau bersudut),

c) Berat si tanah,

d) Pengaturan butiran atau struktur; termasuk stratifikasi, floculated structure

dalam lempung, lanau dan pasir halus yang porous, collapsible soil seperti

loess,

e) Gradasi ukuran butir; pasir atau kerikil bergradasi buruk (seragam) jauh

lebih pervious dibandingkan yang bergradasi baik pada ukuran D50 yang

sama. Banyak dan jenis butiran halus (lulus saringan no.200) sangat



mempengaruhi permeabilitasnya. Suatu persentase kecil butiran halus

dapat membuat pasir dan kerikil yang bergradasi baik menjadi kedap air

secara efektif.

Ada beberapa metoda untuk menentukan permeabilitas yang diklasifikasikan

sebagai metoda empiris, laboratorium dan metoda lapangan.

Metoda tidak langsung sering digunakan untuk analisis awal, bila data

lapangan cukup teliti. Metoda ini berdasarkan korelasi antara permeabilitas

dan ukuran butiran yang dikenalkan oleh Hanzen untuk pasir filter yang

seragam dan bersih :

k = 100(D10)2 ........................................................................(3.17)

k adalah permeabilitas dalam cm/s dan D10 adalah ukuran bukaan dalam cm

dimana 10% lolos saringan. Contoh lain adalah persamaan permeabilitas oleh

NRCS untuk pasir dan kerikil yang relatif bersih :

k = 992(D15)2 ............................................................................(3.18)

k adalah permeabilitas dalam ft/hari dan D15 adalah ukuran bukaan dalam cm

dimana 15% lolos saringan.

3.4 Metoda Analisis

3.4.1 Umum

Penyelesaian terhadap kondisi aliran langgeng (steady seepage) dan aliran

laminer dapat diselesaikan berdasarkan persamaan Laplace dan Darcy.

Beberapa cara telah dikembangkan untuk menyelesaikan persamaan-

persamaan tersebut untuk berbagai kasus rembesan yang diringkas di bawah.



Gambar 3.7. Berbagai Metoda Analisis Rembesan (Seepage)

Penyelesaian matematis persamaan Laplace telah lama dilakukan dan

disederhanakan untuk aliran ke dalam sumuran (well) dari sumber yang radial.

Ada berbagai pendekatan dengan menggunakan variabel yang kompleks,

berbagai transformasi dan teknik pemetaan, cara fragmentasi, dll sebagai

penyelesaian masalah yang bervariasi. Pada umumnya, cara-cara tersebut

cukup kompleks. Namun, banyak masalah dan solusinya telah dibuatkan

berupa plot dan grafik, bila ada, yang dapat menemukan solusinya dengan

cepat.

3.4.2 Penyelesaian Numerik dengan Komputer

Model komputer digunakan untuk menyelesaikan persamaan Laplace untuk

aliran yang kompleks. Dua metoda utama dari model numerik tersebut adalah

finite difference dan finite element method. Keduanya dapat digunakan untuk

menyelesaikan masalah rembesan 2-D dan 3-D. Masalah rembesan yang

sederhana dapat diselesaikan dengan menggunakan tangan/manual, tetapi

masalah yang lebih rumit dapat diselesaikan dengan bantuan komputer.

Kedua cara di atas menggunakan sistim grid untuk membagi-bagi daerah

aliran ke dalam elemen terpisah (discrete element). Elemen yang saling

berpotongan disebut node.



Pada sistim lain, suatu seri persamaan aljabar digunakan untuk

menyelesaikan persamaan Laplace. Pada FEM, bila grid terdiri dari N elemen,

terdapat N persamaan dengan N yang tak diketahui dan harus diselesaikan.

Keuntungan dari cara numerik ini adalah :

a) Masalah rembesan 2-D dan 3-D, termasuk perlapisan dan sifat stratifikasi

dan kantung-kantung material dapat dimodelkan.

b) Pada zona dimana gradien rembesan atau kecepatannya tinggi, dapat


c) Tidak diperlukan transformasi dimensi atau properti.

d) Hasil dapat dicetak dalam digital untuk memudahkan plotting flownet.

e) Berbagai program mempunyai opsi-opsi dan kapasitas untuk perhitungan

gaya-gaya rembesan dan mengatasi aliran transient dan ketergantungan

waktu serta berbagai penjenuhan.

Penggunaan metoda numerikal komputer dapat mempercepat perhitungan

dan saat ini banyak digunakan di banyak negara. Validitas hasil komputer

tergantung dari ketelitian dan kualitas data masukan dan pengetahuan dari

pengguna komputer sendiri. Model numerikal harus dikalibrasi terhadap

kondisi lapangan untuk memastikan sesuai dengan kondisi aktual lapangan.

Saat proses kalibrasi, parameter permeabilitas diperlukan untuk memperoleh

hasil yang sesuai dengan kondisi lapangan. Pengaturan nilai permeabilitas ini

harus reasonable atau model akan salah. Pemeriksaan lain terhadap ketelitian

model adalah dengan keseimbangan massa (mass balance), yakni massa

aliran dalam kondisi batas model versus aliran keluar.

3.5 Latihan

1. Informasi atau gambaran apakah yang dapat diperoleh dari Flownet?

2. Apakah hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung besarnya debit

rembesan yang terjadi pada berlaku pada kerikil dan rekahan batu.

Sebutkan alasannya!

3. Sebut minimal 3 (tiga) keuntungan dari analisa rembesan dengan

menggunakan cara numerik !



3.6 Rangkuman

Proses mengalirnya air dalam pori-pori tanah tersebut dinamakan rembesan

(seepage), sedangkan kemampuan tanah untuk dapat dirembesi disebut

daya rembes atau permeabilitas (permeability).

Faktor-faktor yang mempengaruhi rembesan antara lain:

a . Ukuran partikel

b. Kadar pori

c. Susunan tanah

d. Struktur tanah

e. Derajat kejenuhan

Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan pada

konstruksi khususnya Bendungan adalah akibat ;

a. Tekanan angkat berlebihan,

b. Piping,

c. Erosi internal,

d. Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah melarut,

e. Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan

terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing)

Darcy mendapatkan bahwa besarnya kecepatan aliran yang mengalir masuk

ataupun keluar dari lapisan tanah sebanding dengan gradien hidrauliknya.

Untuk menentukan besarnya rembesan secara grafis, terlebih dahulu harus

dibuat jaringan aliran atau flownet yang terdiri atas sekumpulan garis aliran

dan garis ekipotential yang masing-masing saling berpotongan tegak lurus.

Garis aliran adalah garis yang akan dilalui oleh air yang merembes masuk ke

dalam tanah dari bagian hulu ke bagian hilir. Garis aliran dapat digambar pada

setiap titik dimana air mulai merembes. Setiap garis aliran mempunyai nilai k

yang sama.

Garis ekipotensial adalah garis yang menghubungkan titik-titik dengan tinggi

potential yang sama. Pisometer yang dipasang pada setiap titik yang terletak



pada garis ekipotential yang sama akan menunjukan tinggi permukaan air

yang sama ( h sama).

Flownet menggambarkan distribusi tekanan-tekanan dan arah aliran,

memberikan informasi penting mengenai stabilitas dan debit rembesan,

gradien keluaran, gaya-gaya rembesan serta tekanan-tekanan angkat yang

bekerja di dasar bangunan.

Hukum Darcy dan koefisien permeabilitas Darcy (k) hanya berlaku untuk aliran

laminer melalui media tanah yang porous. Untuk kerikil berbutir kasar dan

batu yang mempunyai alur aliran yang besar, aliran akan bersifat turbulen,

kecepatan aliran tidak proporsional dengan gradien hidraulis dan hukum

Darcy tidak berlaku.

Berbagai metoda analisa rembesan ( seepage ) dapat dilakukan secara :

a. grafis dengan menggambarkan jaringan aliran atau flownet

b. analitis dengan menggunakan persamaan empiris dan matematik

c. numerik menggunakan Komputer

3.7 Evaluasi

Pilih 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal dibawah ini.

1. Hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung rembesan pada

aliran…..

a. Kondisi laminer saja

b. Kondisi turbulen saja

c. Kondisi laminer dan turbulen

d. Semua kondisi

2. Flownet merupakan jaringan aliran yang terdiri atas…..

a. Sekumpulan garis aliran dan garis ekipotensial yang sejajar

b. Sekumpulan garis aliran yang saling berpotongan tegak lurus

c. Sekumpulan garis ekipotensial yang saling berpotongan tegak lurus

d. Sekumpulan garis aliran dan garis ekipotensial yang saling

berpotongan tegak lurus



3. Berbagai metoda analisa rembesan ( seepage ) dapat dilakukan

secara…..

a. Grafis dengan menggambarkan jaringan aliran atau flownet

b. Analitis dengan menggunakan persamaan empiris dan matematik

c. Numerik menggunakan komputer

d. Semua jawaban benar



BAB IV

REMBESAN MELALUI BENDUNGAN

4.1 Garis Phreatic dan Flownet

Jaringan aliran untuk bendungan tanah yang fondasinya berupa tanah yang

kedap air dapat digambarkan mengikuti prosedur yang telah dibicarakan

terdahulu, hanya saja haruslah diperhatikan beberapa hal sebagai berikut :

Gambar 4.1. Jaringan Aliran Pada Bendungan yang Homogen

a) Dinding bendungan yang berbatasan dengan air merupakan garis

ekipotential batas (garis AD).

b) Dasar tempat bendungan tanah yang diletakan di atas tanah yang kedap

air merupakan garis aliran batas (garis DC).

c) Garis AB merupakan garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic

atau top flow line. Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini.

Garis ini juga merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering.

Bentuk garis phreatic berbeda - beda sehubungan dengan ada atau

tidaknya filter, dan dimana letak dari filter tersebut.

Gambar di bawah ini, menunjukkan bentuk lain dari penampang melintang

bendungan tanah beserta garis phreatic –nya.

Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan rembesan

melalui bendungan.



Gambar 4.2. Bermacam-Macam Garis Freatik Pada Bendungan Urugan Tanah

Penggambaran garis aliran paling atas atau top flow line dapat dilakukan

menurut Casagrande, yakni garis phreatic.Garis ini berbentuk parabola,

seperti digambarkan di bawah.



Gambar 4.3. Penentuan Titik Fokus dan Direktris Untuk Pembuatan Garis

Freatik/ Phreatic

Sesuai gambar di atas dapat dilihat karakteristik dasar dari parabola,yaitu

bahwa setiap titik pada parabola mempunyai jarak yang sama ke titik focus F

dan ke garis direktriks CE,sehingga AF = AB,dan DF = DC.

Titik O merupakan titik sumbu koordinat x y

DC = p/2 + x

(FD)2 = y2 + (x - p/2)2

Karena DF = DC, maka :

(p/2 + x)2 = y2 + (x - p/2)2

y 2 = 2px, dimana 2p merupakan parameter dari parabola.

a) Cara menggambarkan garis phreatic pada bendungan tanah dengan

filter horizontal menurut metoda Casagrande

Prosedur penggambaran adalah sebagai berikut :

1) Ambil CS = 1/3 HS

2) Titik fokus (titik F) diasumsikan sebagai bagian ujung dari filter.

Dari titik G sebagai pusat lingkaran dibuat busur lingkaran dengan

radius = GF yang memotong perpanjangan garis HS di I. Diperoleh

GF = GT (sifat parabola).



Gambar 4.4. Penggambaran Garis Preatik Pada Suatu Bendungan Tanah Homogen

3) Garis vertikal melalui I merupakan garis direktriks (garis EI).

4) Titik 0 tengah-tengahnya F dan E. Titik 0 dan G terletak pada

parabola.

5) Tentukan beberapa titik bantu lainnya dengan mengingat sifat

parabola yaitu jarak setiap titik ke fokus dan ke garis bisektris adalah

sama.

Caranya sebagai berikut :

- Ambil sembarang titik N pada dasar bendungan dan tarik garis

vertikal melalui N.

- Busur lingkaran yang dibuat dari titik F dengan radius = NE

memotong garis vertikal melalui N di L. LF = NE = LM, berarti L

terletak pada parabola.

- AB garis ekipotential batas, garis phreatic sebagai garis aliran

batas harus memotong garis ekipotential batas secara tegak lurus

di titik S.

Dengan mempergunakan garis preatik dan garis batas lainnya,

jaringan aliran dapat diselesaikan dan debit rembesan dapat dihitung.

Untuk sudut kemiringan lereng () < 30º , dapat digunakan cara

Saffernak & Iterson, sebagai berikut :

Tarik garis vertikal melalui titik B dan memotong garis

perpanjangan lereng hilir di titik 1.



Tarik garis horisontal melalui B dan memotong lereng hilir di titik 2.

Buat garis semi-lingkaran melalui titik-titik 1 dan D sebagai garis

tengahnya.

Buat garis D-3 = D-2 dengan melingkarkan dengan jangka melalui

titik D.

Buat garis 1-C = 1-3 dengan melingkarkan dengan jangka melalui

titik 1.

Titik C adalah titik singgung dari parabola BC

Buat koreksi dari titik E.

Gambar 4.5. Garis Freatis Cara Saffernak & Iterson Untuk Sudut Lereng

() < 30º

Garis parabola dapat digambar sebagai berikut :

- Dari titik B tarik garis horisontal memotong lereng hilir di titik T.

- Bagi garis BT dan CT menjadi bagian-bagian yang sama (pada

contoh menjadi 3 bagian ang sama), misalnya I, II dan 1, 2 dst.

- Hubungkan titik-titik I, II .... dengan C dan melalui titik-titik 1, 2,

...... dst.

Gambar 4.6. Cara Penggambaran Parabola



Sedangkan untuk sudut lereng () > 30º dapat digunakan cara

menurut Cassagrande sebagai berikut di bawah.

Gambar 4.7. Penggambaran Garis Freatik Untuk () > 30º, Menurut Cassagrande

Penggambaran flownet melalui tubuh bendungan dapat dilakukan

dengan menggambarkan garis-garis aliran dan garis-garis

ekuipotensial yang saling tegak lurus dengan cara coba-coba (trial and

error) seperti gambar berikut :

Gambar 4.8. Flownet Tubuh Bendungan Urugan Tanah

Sedangkan untuk bendungan jenis zonal, flownet pada zona inti

adalah seperti gambar di bawah. Garis AE adalah merupakan

permukaan ekipotensial. Garis preatik EC dibuat seperti yang telah

dijelaskan dan merupakan batas atas dari flownet. Di sepanjang garis

preatik ini tekanan pori adalah sama dengan tekanan atmosfir dan

sebagai garis equipressure. Potential drops di sepanjang garis ini

adalah hanya diakibatkan oleh turunnya posisi tinggi tekanan (head).

Potential drop Δh dari garis ekipotensial adalah sama. Garis-garis

ekipotensial tersebut akan memotong garis preatik dengan Potential

drop Δh yang sama.



Gambar 4.9. Flownet Pada Zona Inti Bendungan Tipe Zonal

Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang

berbeda, garis aliran dari flownet akan berbelok/ menyimpang. Seperti

ditunjukkan pada gambar 4.10 dibawah, garis aliran akan

menyimpang pada garis batas perbedaan permeabilitas, proporsional

dengan rasio k1/k2 = c/b = tan ß/tan , dimana k1 < k2.

Gambar 4.10. Penyimpangan Garis Aliran, Karena Perbedaan Permeabilitas



Gambar 4.11. Flownet Melalui Tubuh Bendungan Isotropis dan Fondasi Kedap Air (Atas) dan Melalui Bendungan dan Fondasi yang Berlapis (Bawah)

Sedangkan untuk flownet melalui fondasi bendungan yang porous

dengan berbagai perbaikan fondasinya ditunjukkan seperti gambar

berikut :



Gambar 4.12. Pengaruh Perbaikan Fondasi Terhadap Konfigurasi Flownet.

Dari gambar 4.12 di atas, bila tanpa dilakukan perbaikan fondasi (a),

debit rembesan dapat dihitung, yakni sebesar Q = k h (Nf/Nd). Bila

dilakukan perbaikan fondasi dengan memasang clay blanket di bagian

hulu (b), Nd akan bertambah dan debit rembesan melalui fondasi akan

berkurang. Demikian juga bila dilakukan perbaikan dengan partial

cutoff yang dipasang vertikal (c), Nd juga akan bertambah dan debit

rembesan yang keluar dari kaki bendungan juga akan berkurang. Dari

uraian diatas, jelas bahwa perbaikan fondasi yang dilakukan adalah

untuk mengurangi debit rembesan yang keluar sekaligus juga

memperkecil exit gradient.



b) Garis preatik untuk beberapa bentuk kaki drainasi\

Bentuk akhir dari parabola sebagai garis preatik harus dimodifikasi sesuai

dengan kondisi akhir pengaliran yang tersedia.

Gambar 4.13 di bawah menunjukkan beberapa konfigurasi yang mungkin

ditemui. Titik fokus F adalah perpotongan antara garis aliran batas bawah

dengan mulut pengaliran. Sudut α adalah sudut antara mulut pengaliran

dan garis horizontal, diukur searah dengan jarum jam. a = jarak

pergeseran dari parabola ke garis preatik (RS) yaitu a = jarak dari titik

pergeseran R ke fokus F. Cassagrande memberikan korelasi antara dan

a/(a + a) seperti pada Gambar 4.13e.

Gambar 4.13. Beberapa Konfigurasi Garis Freatik



Cara menggambarnya adalah sebagai berikut :

1) Tentukan titik fokus F

2) Tentukan titik G = 0,3 HB

3) Gambarkan titik I dan garis direktriks.

4) Tentukan titik 0.

5) Gambarkan parabola.

6) Ukur a + a dan sudut α

7) Tentukan a dengan mempergunakan gambar 4.13 e.

8) Tentukan titik R.

9) Gambarkan pergeser parabola ke titik R

4.2 Flownet Pada Tanah Anisotropis

Penggambaran jaringan aliran pada bagian sebelum ini dengan

mengasumsikan bahwa tanah tersebut adalah tanah isotropis, sedangkan di

lapangan seringkali dijumpai tanah yang anisotropis.

Untuk tanah anisotropis, yaitu kx kz.

Prosedur penggambaran jaringan aliran adalah sebagai berikut :

a) Tentukan skala vertikal untuk menggambarkan penampang melintang

bangunan (skala sumbu z).

b) Tentukan skala horizontal = xz kk / x skala vertikal.

c) Gambarkan jaringan aliran dengan skala seperti no. 2 di atas.

d) Besarnya d

f

zxN

Nhkkq .



Gambar 4.14. Flownet Pada Bendungan yang Isotropis (Atas) dan Anisotropis (Bawah)

Hukum Darcy juga digunakan untuk mengatasi masalah-masalah rembesan

dan drainase pada bendungan urugan. Contoh adalah menentukan

permeabilitas yang diperlukan atau penentuan drainase miring atau horisontal

dari suatu bendungan.

Beberapa contoh garis preatik melalui tubuh bendungan urugan tanah dengan

berbagai drainasi kaki, adalah seperti gambar-gambar di bawah.



Gambar 4.15. Garis Preatik Melalui Tubuh Bendungan Dengan Berbagai Drainasi Kaki



Gambar 4.16. Desain Chimney Drain Menggunakan Hukum Darcy

4.3 Analisis Keamanan Terhadap Piping

Rembesan melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan, dan tepian/ bukit

sekeliling waduk harus terkendali,sehingga tidak boleh terjadi gaya angkat

(uplift) yang berlebihan, ketidak stabilan, longsoran, aliran buluh, terhanyutnya

material karena pelarutan, atau erosi internal/ material terbawa aliran

rembesan melalui rekahan, kekar dan rongga.

Tebing/dinding sekeliling waduk harus stabil pada segala kondisi operasi

(severe operation),sehingga tidak boleh terjadi ketidak stabilan pada dinding

tipis sekeliling waduk .Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya longsoran besar

yang masuk ke dalam waduk saat pengisian waduk (impounding) sehingga

memicu timbulnya gelombang besar yang dapat mengakibatkan luapan air

waduk.

Keamanan bendungan urugan tanah terhadap piping dapat dihitung

berdasarkan rumus berikut :



..........(4.1) dan ............................. (4.2)

dengan :

FK : faktor keamanan (tanpa dimensi);

Ic : gradien keluaran kritis (tanpa dimensi);

Ie : gradien keluaran dari hasil analisis rembesan atau pembacaan

instrumen pisometer (tanpa dimensi);

’ : berat isi efektif (terendam) (t/m3);

w : berat isi air (t/m3);

Gs : berat jenis (tanpa dimensi);

e : angka pori (tanpa dimensi);

4.4 Latihan

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan penggambaran garis preatik

menggunakan cara Cassagrande dan Saffernak!

2. Bagaimana garis preatik pada tanah berlapis dengan nilai koefisien

permeabilitas yang berbeda?

3. Mengapa rembesan yang melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan,dan

tepian/ bukit sekeliling waduk harus terkendali?

4.5 Rangkuman

Garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic atau top flow line.

Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini. Garis ini juga

merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering. Bentuk garis phreatic/

preatik berbeda - beda sehubungan dengan ada atau tidaknya filter, dan

dimana letak dari filter tersebut.

Untuk menggambarkan garis preatik pada bendungan dengan sudut

kemiringan lereng () < 30º ,dapat digunakan cara Saffernak & Iterson,

sedangkan untuk sudut lereng () > 30º dapat digunakan cara Cassagrande.

4e

c

I

IFK

e

GI s

wc

1

1'



Garis preatik berbentuk parabola dan digambarkan berpotongan tegak lurus

dengan garis ekipotensial.Bersama dengan garis batas (boundary line)

lainnya membentuk jaringan aliran (flownet) sehingga debit rembesan dapat

dihitung.

Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang berbeda,

garis aliran dari flownet akan berbelok/ menyimpang.

Bentuk akhir dari parabola sebagai garis preatik harus dimodifikasi sesuai

dengan kondisi akhir pengaliran yang tersedia.

Rembesan melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan, dan tepian/ bukit

sekeliling waduk harus terkendali,sehingga tidak boleh terjadi gaya angkat

(uplift) yang berlebihan, ketidak stabilan, longsoran, erosi buluh, terhanyutnya

material karena pelarutan, atau erosi internal/ material terbawa aliran

rembesan melalui rekahan, kekar dan rongga.

Tebing/ dinding sekeliling waduk harus stabil pada segala kondisi operasi

(severe operation),sehingga tidak boleh terjadi ketidakstabilan pada dinding

tipis sekeliling waduk karena dapat mengakibatkan terjadinya longsoran besar

yang masuk ke dalam waduk saat pengisian waduk (impounding) sehingga

memicu timbulnya gelombang besar yang dapat mengakibatkan luapan air

waduk.

Keamanan bendungan urugan tanah terhadap piping atau erosi buluh dapat

dihitung berdasarkan rumus berikut :

4e

c

I

IFK 4

e

c

I

IFK



4.6 Evaluasi

Pilihlah jawaban yang paling benar dari soal-soal berikut ini!

1. Garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic atau top flow Line

adalah garis yang menunjukkan bahwa…..

a. Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini.

b. Garis yang merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering

c. Merupakan garis aliran yang paling atas

d. Semua pernyataan a, b, dan c benar

2. Jaringan aliran atau flownet dapat digunakan untuk menghitung…..

a. Menghitung debit rembesan yang terjadi

b. Menentukan banyaknya garis ekipotensial

c. Menghitung permeabilitas tanah

d. Semua pernyataan a, b, dan c benar

3. Untuk menghindari erosi buluh atau piping pada bendungan maka …..

a. Gradien hidraulik keluar (exit) besarnya sama dengan gradien

hidraulik kritis.

b. Gradien hidraulik keluar (exit) harus lebih besar dari gradien hidraulik

kritis.

c. Harus mempunyai angka keamanan minimal sama dengan 4

d. Gradien hidraulik keluar (exit) harus lebih kecil dari gradien hidraulik

kritis.



BAB V

IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN

5.1 Penggunaan Metoda Analisis

Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis, adalah :

a) Masalah penting dalam sejarah bendungan

b) Seberapa kompleks masalah yang dihadapi.

c) Informasi yang tersedia.

d) Informasi lain yang diperlukan dan pengaruh biayanya.

e) Pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk analisis rinci.

Tabel 5.1 di bawah adalah contoh petunjuk penggunaan beberapa metoda

analisis rembesan.

Tabel 5.1. Petunjuk Penggunaan Beberapa Metoda Analisis Rembesan Situasi Investigasi Tipikal Metoda Analisis

Timbunan homogin, fondasi

kedap air, kondisi steady 2-D

Muka air preatik, tekanan air pori,

gaya rembesan (stabilitas)

Cassagrande grafis

atau flownet

Timbunan zonal, fondasi kedap

air, kondisi steady 2-D



Flownet or

numerical model

Timbunan homogin, fondasi

porius seragam, kondisi steady

2-D

Muka air preatik,tekanan air pori,


Flownet

Gradien keluaran, debit rembesan Metoda fragment

(Lampiran B,)

Alternatif kontrol rembesan,

variasi sifat material

Model numerik

Timbunan zonal, fondasi

porous, kondisi steady 2-D

Sama dengan di atas

Model numerik

Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan implementasi

analisis rembesan.



Situasi Investigasi Tipikal Metoda Analisis

Melibatkan relief wells, fondasi

heterogin, kuasi 3-D, kondisi

steady


gradient keluaran, debit

rembesan, alternative control

rembesan, variasi sifat material,

spasi relief well dan aliran

Model numerik

Melibatkan relief wells, fondasi

seragam, kuasi 3-D, kondisi

steady

Spasi relief wells, pengurangan

tekanan dan aliran

Persamaan di

Lampiran B

Tumpuan pervious, Kondisi

steady 3-D

Muka air preatik, debit rembesan Flownet

Fondasi dan tumpuan pervious

heterogin, kondisi steady 3-D

Muka air preatik, debit

rembesan,gradien keluaran, jenis

material dan alternatiif kontrol

rembesan

Model numerik

Aliran transient 2-D, kondisi

batas steady

Penjenuhan,dan waktu untuk

mencapai kondisi steady

Flownet transien

Situasi 2-D aliran nonsteady,

zona jenuh/tak jenuh atau

timbunan homogin, fondasi

heterogin, kondisi batas

transient, kondisi transient

2-D

Pengisisan pertama, siklus banjir,

siklus operasi, kadar air dan

perubahan tek air pori, pengaruh

presipitasi dan evaporasi

Model numerik

(lihat Groundwater

modelling, Herbert

F., Anderson, Mary

P)

Tidak semua situasi yang timbul di lapangan dicakup oleh tabel di atas.

Diperlukan suatu “engineering judgment” dan advis seorang spesialis, jika

diperlukan. Pada umumnya, metoda analitis digunakan untuk desain. Begitu

bendungan dikonstruksi, pengamatan menjadi sangat penting dan dapat

memberikan informasi penting bila terjadi masalah. Pengamatan lapangan

adalah merupakan kondisi sebenarnya dibandingkan asumsi desain yang

mungkin saja salah. Sebagai konsekuensinya, dalam hal mengatasi masalah

rembesan, pemilihan metoda pengamatan atau metoda analitis harus

berdasarkan masukan-masukan dari hasil pengamatan.

Pada banyak kasus, sangat logis untuk memulai dengan metoda yang paling

sederhana dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan

mahal, namun lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi. Dalam



analisis rembesan, ketelitian yang tepat jarang diperoleh dan konsekuensinya

kebanyakan tindak perbaikannya didesain konservatif. Sebagai contoh, bila

rembesan minor yang dangkal timbul di sepanjang kaki bendungan, tidak

perlu didesain sumur-sumur pelepas tekanan yang dalam, suatu sistim toe

drain dangkal yang didesain berdasarkan pengamatan rembesan dan tidak

memerlukan analisis FEM, mungkin cukup sebagai tindak perbaikannya.

Bila waktu tidak menjadikan kendala, suatu kajian cepat terhadap informasi

yang tersedia dan suatu analisis berdasarkan pengalaman dapat dilakukan.

Sebagai pertimbangan terakhir, tidak ada analisis yang lebih baik

dibandingkan masukan-masukan yang cukup dan berkualitas terhadap sifat

teknis dan kondisi batas. Bila informasi sangat terbatas, sketsa sederhana

flownet dapat digunakan berdasarkan asumsi yang juga masih kasar. Sebagai

tambahan, biaya tindak perbaikan yang konservatif jarang lebih kecil

dibandingkan biaya perbaikan berdasarkan analisis rinci dari hasil investigasi.

Masalah dan analisis rembesan umumnya berdasarkan “judgment” dari ahli-

ahli geoteknik dan geologi teknik yang berpengalaman. Pengalaman dan

pengetahuan mengenai faktor-faktor geologis, prinsip-prinsip desain dan

prinsip-prinsip aliran fluida melalui media porous adalah lebih kritis

dibandingkan metoda analisis itu sendiri. Sebagai konsekuensinya, untuk

melakukan kajian-kajian harus dilakukan oleh ahli-ahli berpengalaman di

bidangnya masing-masing.

5.2 Hasil Aplikasi

Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah rembesan

berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh suatu

bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang aman dan

ekonomis. Filosofi keamanan bendungan terkini umumnya dihadapkan pada

idea bahwa rembesan harus dikontrol dengan penghalang untuk memastikan

keamanannya.



Penjelasan berikut meliputi masalah rembesan yang harus didesain secara

rasional yang bervariasi mulai dari aplikasi sederhana hukum Darcy hingga

model numerik komputer yang kompleks. Pemilihan pendekatan yang terbaik

adalah berdasarkan pengalaman, sesuai dengan kondisi lapangan dan

masalah yang dihadapi. Pada umumnya, sebagai akibat dari masalah yang

dihadapi dan biaya yang meningkat, mungkin memerlukan investigasi dan

analisis desain yang canggih. Meskipun demikian, data yang akurat dari

sumber yang ada atau tambahan penyelidikan adalah lebih penting

dibandingkan analisis yang canggih tersebut di atas.

5.3 Latihan

1. Apakah tujuan dari analisa rembesan?

2. Bagaimanakah langkah-langkah dalam menentukan metoda yang paling

baik digunakan dalam analisa rembesan?

3. Jelaskan metode sederhana yang dapat kita lakukan jika informasi terkait

rembesan yang terjadi sangat terbatas!

5.4 Rangkuman

Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis, adalah :

a) Masalah penting dalam sejarah bendungan

b) Seberapa kompleks masalah yang dihadapi.

c) Informasi yang tersedia.

d) Informasi lain yang diperlukan dan pengaruh biayanya.

e) Pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk analisis rinci.

Secara umum, metoda analitis digunakan untuk desain. Begitu bendungan

dikonstruksi, pengamatan menjadi sangat penting dan dapat memberikan

informasi penting bila terjadi masalah. Pengamatan lapangan adalah

merupakan kondisi sebenarnya dibandingkan asumsi desain yang mungkin

saja salah.Dalam hal mengatasi masalah rembesan, pemilihan metoda

pengamatan atau metoda analitis harus berdasarkan masukan-masukan dari

hasil pengamatan.



Analisa rembesan sebaiknya dimulai dengan metoda yang paling sederhana

dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan mahal, namun

lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi. Ketelitian yang tepat jarang

diperoleh dan konsekuensinya kebanyakan tindak perbaikannya didesain

konservatif.

Tidak ada analisis yang lebih baik dibandingkan masukan-masukan yang

cukup dan berkualitas terhadap sifat teknis dan kondisi batas. Bila informasi

sangat terbatas, sketsa sederhana flownet dapat digunakan berdasarkan

asumsi yang juga masih kasar.

Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah rembesan

berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh suatu

bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang aman dan

ekonomis.

Pemilihan pendekatan yang terbaik adalah berdasarkan pengalaman, sesuai

dengan kondisi lapangan dan masalah yang dihadapi. Akibat dari masalah

yang dihadapi dan biaya yang meningkat dalam mengatasi rembesan,

mungkin diperlukan investigasi dan analisis desain yang canggih.Walaupun

demikian, data yang akurat dari sumber yang ada atau tambahan penyelidikan

adalah lebih penting dibandingkan analisis yang canggih tersebut di atas.

5.5 Evaluasi

Pilihlah 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal pilihan berikut…..

1. Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis,

disebutkan di bawah ini, kecuali.....

a. Masalah penting dalam sejarah bendungan

b. Seberapa kompleks masalah yang dihadapi

c. Seberapa banyak metode yang tersedia

d. Seberapa pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk

analisis rinci.



2. Dalam mengatasi masalah rembesan, pemilihan metoda pengamatan atau

metoda analitis harus berdasarkan pada.....

a. Masukan-masukan dari hasil pengamatan lapangan

b. Informasi yang tersedia terkait metode yang dipilh

c. Informasi yang diperlukan terkait pengaruh biayanya

d. Masukan-masukan dari hasil pengamatan Laboratorium

3. Pemilihan pendekatan yang terbaik dalam melakukan analisa terkait

rembesan adalah.....

a. Melakukan investigasi dan analisis desain yang canggih

b. Berdasarkan pengalaman,sesuai dengan kondisi lapangan dan

masalah yang dihadapi

c. Tersedianya data yang akurat dari sumber yang ada

d. Perlunya tambahan penyelidikan yang ada



BAB VI

CARA PRAKTIS PENGENDALIAN REMBESAN

6.1 Umum

Tiga cara praktis dalam pengendalian rembesan, adalah :

a) Filter untuk mencegah terbawanya butiran tanah.

b) Pembatasan terhadap debit rembesan.

c) Metoda drainasi untuk mengurangi tekanan rembesan dan

mengumpulkannya melalui konstruk si pembuang yang aman.

d) Kombinasi antara ketiga cara di atas.

Perlu diingat, bahwa pengendalian rembesan yang efektif adalah dengan

memperhatikan kondisi bendungan dan fondasinya. Meskipun desain

bendungan telah memperhatikan hal-hal di atas, beberapa bendungan tetap

mengalami kegagalan akibat rembesan. Kegagalan-kegalan tersebut telah

memberikan pemahaman-pemahaman baru dalam pengendalian rembesan.

6.2 Pola Kegagalan Akibat Rembesan

Air di dalam waduk selalu mencari jalan keluar melalui alur terlemah; alur

tersebut dapat melalui tubuh bendungan, fondasi atau sekitar tumpuan.


dikatogorikan sebagai :

a) Tekanan angkat berlebihan,

b) Piping dan Erosi internal,

c) Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah terurai,

d) Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan

terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing).

Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan cara praktis

pengendalian rembesan.



6.2.1 Tekanan Angkat (Blow Out)

Tekanan angkat pada lapisan fondasi yang pervious dapat memacu terjadinya

gaya angkat yang cukup besar pada lapisan fondasi hilir yang tertekan.

Tekanan angkat tersebut terjadi bila lapisan yang lebih porus memindahkan

sebagian besar persentasi tekanan air waduk ke bagian hilir. Keruntuhan

dimulai bila tekanan air pori pada bagian dasar lapisan yang tertekan tersebut

lebih besar dari tekanan overburden dari timbunan di atasnya. Tekanan ke

atas tersebut meruntuhkan lapisan tertekan yang dikenal sebagai blowout.

Apabila Aliran air tersebut cukup kuat membawa butiran tanah, biasanya pasir

diendapkan di sekeliling mata air yang keluar membentuk suatu cincin konus

yang dikenal sebagai suatu didih pasir (sand boil). Apabila terlepasnya butiran

pasir terjadi terus menerus akibat gradient hidraulis yang berlebihan, maka hal

tersebut akan mengakibatkan terjadinya piping yang dapat meruntuhkan

struktur. Pola keruntuhan dapat dibagi menjadi beberapa tipe, yakni:

a) Tipe A adalah kondisi statis dari gradient hidraulis tertentu dan tidak

menunjukkan berkembangnya masalah. Namun, bila gradient hidraulis

bertambah tinggi pada kondisi ekstrim, tipe A ini dapat berkembang

menjadi tipe B atau tipe C, tergantung dari kondisi gradient hidraulis dan

kondisi tanah tubuh atau fondasi bendungan.

b) Tipe B adalah terjadi didih pasir yang membawa material yang diawali/

dimulai dari dekat permukaan tanah. Tanah tipe ini mengindikasikan

masalah yang lebih serius yang memerlukan tindak lanjut.

c) Tipe C menunjukkan kondisi kritis, dimana gradient hidraulis yang ada

mengakibatkan terbawanya butiran tanah di bagian lebih bawah yang

harus segera ditangani. Sejumlah pisometer dapat digunakan untuk

memantau tekanan angkat pada fondasi hilir dan dapat mendeteksi

kondisi yang tidak aman sebelum terjadi keruntuhan. Petunjuk awal dari

hal tersebut adalah terbawanya material halus dari didih pasir tersebut

atau air yang keluar adalah keruh dan membawa material halus.



Gambar 6.1. Tipe Didih Pasir (Sand Boiling)

6.2.2 Piping (Erosi Buluh)

Piping terjadi bila air waduk mengalir melalui pori-pori tanah (rembesan) yang

menghasilkan gaya tarik pada butiran tanah yang mengakibatkan terbawanya

butiran tanah pada titik keluaran rembesan di bagian hilir. Gambar di bawah

menunjukkan terjadinya keruntuhan piping akibat gradient hidraulis berlebihan

pada kaki bendungan. Secara fisik, piping tersebut diawali dengan

terbentuknya kerucut yang disebut suatu pendidihan (boil) atau suatu aliran air

yang keruh keluar dari lereng hilir. Terbawanya butiran halus tersebut terus

berlangsung ke arah hulu membentuk suatu pipa di dalam tubuh atau fondasi

bendungan.



Gambar 6.2. Proses Terjadinya Piping

Lima kondisi yang memicu terjadinya piping, adalah :

a) Terbentuknya alur aliran air,

b) Gradien hidraulis pada tempat keluaran telah melebihi dari nilai batas

yang tergantung dari jenis tanahnya,

c) Tempat keluaran dalam kondisi bebas dan tidak dilindungi filter secara

memadai,

d) Terdapat tanah yang rawan piping pada alur aliran rembesan,

e) Telah terbentuk ”pipa” atau tanah di atasnya telah membentuk seperti

”atap” untuk menjaga terbukanya ”pipa”.



Pada keruntuhan piping, terbawanya butiran tanah awalnya terjadi debit

rembesan tertentu pada gradien hidraulis yang melebihi batas tertentu. Alur

erosi atau pipa-pipa tersebut cenderung membesar ke arah hulu yang diikuti

peningkatan debit aliran. Hal ini terjadi, karena gradien hidraulis (h/L)

bertambah dan panjang aliran (L) berkurang, sementara tinggi tekanan air (h)

diantara bagian hulu dan hilir tetap sama selama level air waduk dijaga pada

level tetap, tetapi panjang alur aliran berkurang akibat terbawanya butiran

tanah dan pipa telah terbentuk. Jadi, kecepatan aliran akan meningkat secara

progresif sampai telepasnya tekanan hidraulis tersebut. Inilah sebabnya,

betapa pentingnya menghentikan proses piping sesegera mungkin.

Piping sering tejadi pada kondisi seperti di bawah :

a) Rembesan melalui lapisan tanah yang rawan tererosi dan tidak dilakukan

upaya pengurangan rembesan untuk mengurangi gradien hidraulis,

b) Tidak adanya filter dan upaya pengurangan tekanan rembesan pada

bagian keluaran untuk mencegah terbawanya butiran tanah,

c) Cara pengurangan rembesan tidak dilakukan dengan benar.

Tanah yang rawan piping adalah berkonsistensi urai, pasir halus bergradasi

buruk; juga berpotensi tinggi untuk piping adalah lanau dan pasir mengandung

butiran halus dengan PI < 6%, seperti pasir campur kerikil urai yang

bergradasi baik yang gradasinya lebar dan mempunyai butiran halus

plastisitas rendah. Tanah lempungan dengan PI > 15% cukup tahan terhadap

piping. Meskipun demikian, tanah yang tahan piping kemungkinan rawan

terhadap erosi internal.

6.2.3 Erosi Internal

Keruntuhan akibat erosi internal tampaknya sama dengan keruntuhan akibat

piping. Setelah terjadinya keruntuhan, suatu terowongan pipa terjadi di dalam

timbunan atau di bawah timbunan. Namun, mekanisme piping dan erosi

internal adalah berbeda. Pada kedua kasus, gaya-gaya tarik dari aliran yang

mempunyai gradien hidraulis tinggi membawa butiran tanah. Pada kasus

piping, gaya tarik beasal dari aliran air antar butiran tanah. Sedangkan pada

erosi internal, erosi terjadi bila terjadi aliran air :



a) di sepanjang retakan atau rekahan di dalam tanah atau batuan dasar

(bedrock),

b) di sepanjang batas antara tanah dan batuan dasar,

c) di antara tanah dan strutur/ bangunan beton atau metal.

Hukum fisik yang mengatur aliran air melalui retakan dan rekahan adalah

sangat berbeda dengan aliran air yang melalui pori-pori material berbutir.

Aliran antar butiran pada tanah granular adalah mengikuti hukum Darcy. Aliran

air melalui retakan dan rekahan distudi dengan permeabilitas dan mengikuti

hukum hidraulis dari persamaan aliran saluran terbuka atau aliran di dalam

pipa terbuka. Pada kedua kasus, banyak aliran adalah proporsional dengan

gradien hidraulis yang ditunjukkan pada hukum Darcy, namun tetap berbeda.

Keruntuhan akibat erosi internal sering terjadi pada lokasi dimana terjadi rekah

hidraulis (hydraulic fracturing). Tempat-tempat yang berpotensi terhadap

rekah hidraulis adalah pada tempat yang tidak dipadatkan secara benar di

dekat bangunan/pipa outlet atau perubahan permukaan yang mendadak

(tonjolan) dari permukaan fondasi atau lereng atau pada bidang kontak antara

timbunan dengan tumpuan. Perlu pengawasan khusus pada tempat-tempat

tersebut terhadap gejala rakahan atau penurunan yang tidak normal.

Aliran air melalui bidang kontak antara timbunan dan fondasi atau tumpuan

melalui kekar-kekar terbuka, rekahan atau kerusakan batuan lain yang

sebelumnya tidak diperbaiki dengan benar kemungkinan dapat memicu

terjadinya erosi internal lainnya, contohnya bendungan Teton. Banyak ahli

percaya bahwa erosi internal lebih berbahaya, karena tidak ada gejala-gejala

visual terjadinya keruntuhan.

6.2.4 Solutioning

Masalah yang sering terjadi pada fondasi dan tumpuan adalah pada janis

batuan yang mudah mengalami solution oleh muka air tanah atau rembesan

air waduk. Permukaan batuan tersebut mudah hancur oleh air hujan, juga

pada zona di atas muka air tanah oleh air rembesan/perkolasi dan di bawah

muka air tanahnya sendiri. Rembesan pada batuan tersolusi tersebut dapat



menghancurkan material tambahan atau membawa lapisan pengisi dari alur

yang ada yang secara gradual meningkatkan aliran rembesan dan

mempercepat proses penghancuran pada periode waktu tertentu. Erosi

internal dapat terjadi bila rembesan mengalir disepanjang alur dari batuan

yang disebabkan oleh tersolusinya batuan pada tempat dekat timbunan tanah

dan fondasi. Aliran tersebut dapat menggerus tanah didekatnya yang

memperbesar alur aliran yang mengakibatkan terjadinya lubang benam (sink

holes) atau gejala keruntuhan lainnya.

Mineral seperti gipsum, anhydrate dan halite (rock salt) serta batuan kapur/

gamping (limestone), dapat dihancurkan dengan mudah oleh aliran rembesan

waduk. Batu gamping dihancurkan oleh air tanah dalam waktu lama. Apabila

fondasi bendungan berupa batu gamping, gua-gua atau rongga besar alur

aliran air mungkin tidak terdeteksi selama penyelidikan dan tidak diperbaiki

selama konstruksi yang mengakibatkan timbulnya masalah besar saat

pengisian pertama waduk. Fondasi yang terdiri dari batuan yang mudah

hancur harus selalu diperbaiki terlebih dahulu dengan perhatian ekstra.

Sebagai tambahan, gypsum, halite dan beberapa mineral adalah mudah

hancur selama operasi bendungan.

6.2.5 Pembasahan Lereng Hilir

Gambar di bawah menunjukkan terjadinya pembasahan lereng akibat

rembesan di lereng hilir. Pada contoh ini muka air freatik meningkat seiring

dengan naiknya muka air waduk. Bagian bendungan di bawah air preatik

menjadi jenuh dan lereng hilir yang tidak dilindungi menjadi basah dan lunak.

Gaya-gaya rembesan yang bekerja pada arah aliran air menambah tidak

stabilnya lereng. Ketidak stabilan tersebut memicu terjadinya kelongsoran

lereng. Tipe kelongsoran ini biasanya terjadi pada jenis tanah yang

mengandung sedikit lempung. Peningkatan air preatik dan gaya-gaya

rembesan yang bekerja disepanjang bidang kelongsoran mengurangi

tegangan efektif yang bekerja pada bidang longsor dan mengurangi gaya-

gaya penahan. Tingkat stabilitas dari suatu lereng adalah bervariasi,

tergantung dari kekuatan tanah, kemiringan lereng dan gaya-gaya rembesan



(tekanan air pori) yang bekerja pada lereng; lereng yang kering akan lebih

stabil dibandingkan lereng basah.

Gambar 6.3. Rembesan Melalui Timbunan

Pembasahan yang progresif (progressive sloughing) adalah suatu jenis

kerusakan sebagai akibat dari penjenuhan dan gaya-gaya rembesan yang

mempengaruhi stabilitas lereng. Gambar 6.4 memperlihatkan pembasahan

progresif yang terjadi bila sejumlah kecil material mulai tererosi/tergerus pada

kaki hilir timbunan yang menghasilkan sedikit penurunan (slump). Hal ini

menyisakan permukaan lereng yang lebih curam yang disebut scarp dan

dapat turun lagi membentuk lereng yang sangat curam dan tidak stabil. Hal

tersebut terus berlangsung hingga akhirnya mengakibatkan terjadinya

keruntuhan lereng. Jenis keruntuhan ini sering terjadi pada bendungan

homogin yang dibuat dari material halus, atau lanau yang mempunyai

plastisitas rendah. Beberapa persamaan pendekatan telah disediakan untuk

menghitung faktor keamanan terhadap keruntuhan akibat pembasahan

tersebut. Persamaan tersebut menggunakan tangen sudut dan sudut geser

dalam dari tanah untuk menghitung faktor keamanan dari lereng jenuh; yang

dikenal sebagai persamaan lereng tak terbatas (infinite slope) dari Lambe, et

al, 1968.



Gambar 6.4. Keruntuhan Akibat Pembasahan Lereng yang Progresif

Pengaruh rembesan terhadap keamanan suatu bendungan urugan adalah

seperti tabel di bawah.



Tabel 6.1. Pengaruh Rembesan Terhadap Keamanan Bendungan

POLA KERUNTUHAN TERJADI BILA ….

UPLIFT,HEAVE, ATAU BLOWOUT

Tekanan rembesan fondasi pada lapisan pervious memicu gaya-gaya pada lapisan yang tertekan. Keruntuhan mulai terjadi bila tekanan air pori pada dasar lapisan tertekan melebihi tekanan overburden. Tekanan angkat yang terjadi meruntuhkan lapisan tertekan tersebut yang dikenal sebagai blowout yang membentuk didih pasir (sand boiling).

PIPING Air waduk mengalir melalui pori-pori tanah dan mengakibatkan terjadinya gaya-gaya tarik pada butiran tanah yang cukup kuat untuk membawa butiran tanah pada tempat keluaran yang tidak dilindungi. Terbawanya butiran tanah terjadi secara progresif kearah hilir membentuk “pipa”. Piping juga dapat terjadi bila tekanan rembesan pada fondasi menghasilkan tekanan angkat pada lapisan tertekan dari lapisan tanah di hilirnya yang mempunyai permeabilitas lebih rendah yang mengakibatkan terjadinya blow out atau heave.

EROSI INTERNAL Gaya-gaya tarik aliran hidraulik menggerus butiran tanah disepanjang retakan/rekahan dari tanah atau dasar batuan (bedrock) pada arah melintang bendungan. Erosi juga dapat terjadi disepanjang bidang kontak antara timbunan dan bedrock atau antara timbunan dengan struktur beton/metal bangunan pelengkap.

SOLUTIONING Air tanah atau rembesan menghancurkan batuan dasar (soluble bedrock) pada fondasi atau tumpuan.

TEKANAN REMBESAN DAN PENJENUHAN

Rembesan yang tak terkontrol menjenuhkan sebagian dari bendungan yang menyebabkan terjadinya pembasahan lereng (sloughing); termasuk tekanan angkat pada struktur dan runtuhnya dinding penahan tanah.

6.3 Pengendalian Rembesan

Perlu memahami metoda yang digunakan untuk mengendalikan rembesan

dan kaitannya dengan bendungan dan bangunan pelengkapnya. Pada

prinsipnya, cara perbaikan pengendalian rembesan tersebut adalah meliputi :

Zona filter dan transisi,

Metoda pengurangan rembesan,

Berbagai jenis drainasi,

Perbaikan fondasi dan tumpuan.

a) Filter

Lapisan filter digunakan untuk melindungi terbawanya antar butiran

terhadap rembesan melalui tubuh dan fondasi bendungan, dan pada

waktu bersamaan membiarkan air rembesan keluar tanpa menimbulkan

terjadina tekanan air pori berlebih (excessive pore water pressures).



Lapisan filter tersebut didesain tersendiri atau drain tersebut juga didesain

sebagai penyaring dan sekaligus untuk drainasi. Gradasi tanah timbunan

dan debit rembesan yang harus diantisipasi akan menentukan suatu

desain filter yang diperlukan. Konsep dasar dari fungsI filter sebagai

pelindung terbawanya butiran tanah digambarkan seperti di bawah.

Gambar 6.5. Lapisan Filter Sebagai Pelindung Terhadap Piping

Lapisan filter tidak hanya digunakan untuk piping, tetapi juga untuk

mengatasi masalah erosi internal. Untuk itu, air yang keluar adalah

merupakan faktor sekunder untuk menyaring butiran tanah melalui

retakan-retakan atau yang terjadi di sepanjang bidang kontak bangunan

struktur bangunan pelengkap dan timbunan atau fondasi.

Lapisan filter yang didesain dan dikonstruksi dengan benar akan dapat

“menangkap” rembesan dari suatu timbunan. Air rembesan tersebut akan

dapat mengalir dengan bebas menuju suatu keluaran yang aman pada

kaki hilir timbunan tanpa membawa butiran tanah, seperti gambar di

bawah. Bila rembesan melalui retakan, retakan tersebut harus berakhir di

permukaan filter dan hanya aliran rembesan melalui antar butiran tanah

yang dipertimbangkan dalam desain. Bila suatu gradasi filter memenuhi

kriteria dasar, piping tidak akan terjadi, meskipun gradien hidraulisnya

besar. Asumsinya adalah lapisan filter harus cukup lebar, sehingga



retakan tidak dapat berkembang lebih lanjut serta mempunyai kapasitas

yang cukup untuk mengalirkan aliran rembesan tanpa menimbulkan

terjadinya tekanan air pori berlebih.

Gambar 6.6. Lapisan Filter yang Dapat ”Menangkap” Air Rembesan Dengan Baik

b) Mengurangi/ meminimalkan Rembesan

Metoda ini digunakan untuk mengurangi tinggi tekanan air waduk yang

merembes melalui timbunan. Beberapa cara tersebut adalah seperti di

bawah:

1) Konstruksi bendungan tanah homogin dengan kemiringan yang relatif

sangat landai,

2) Konstruksi zona inti kedap yang miring ke arah hulu,

3) Konstruksi bendungan dengan zona inti sentral di tengah,

4) Konstruksi dinding inti terbuat dari beton atau tanah bentonit yang

plastis,

Memasang kupingan drainase filter (filter drain collars) sekeliling konduit

(pemasangan kupingan ganda tidak direkomendasikan lagi; karena

pemadatan disekelilingnya yang sulit.



Gambar 6.7. Zona Inti Kedap Air di Tengah

Keterangan:

1. Core

2. Filter or Drain

3. Transition

4. Fill

5. Shell

6. Upstream Transition (gravel or riprap)

7. Upstream Slope Protection (typically riprap)

8. Downstream Slope Protection

6.4 Pengendalian Rembesan Melalui Fondasi

Metoda pengendalian rembesan melalui fondasi dan tumpuan ini, adalah

meliputi :

a) Paritan (cutoff);

b) Paritan sebagian (partial cutoff);

c) Selimut kedap hulu (upstream impervious blanket),

d) Berm rembesan hilir (downstream seepage berm),

e) Grouting.

Paritan didesain untuk memperpanjang aliran rembesan, mengurangi tekanan

air waduk untuk mengurangi gradient hidraulik hingga ke level yang aman,

dan mengurangi debit rembesan. Suatu paritan adalah kelanjutan dari zona

inti dari suatu bendungan. Suatu paritan penuh (fully positive cutoff) dibuat

sampai kedalaman mencapai suatu lapisan tanah atau batuan dasar yang

kedap air. Apabila lapisan kedap air tersebut terlalu dalam, suatu paritan

sebagian dapat dibuat yang didesain cukup untuk memperpanjang aliran

rembesan dan mengurangi gradient hidraulis sampai pada level yang aman.



Paritan tersebut biasanya dibuat di bawah dari zona inti bendungan. Di bawah

adalah beberapa jenis paritan, yaitu :

a) Paritan kedap dari material tanah yang dipadatkan,

b) Paritan slurry (dinding halang bentonit-tanah atau bentonit-semen),

c) Dinding halang beton,

d) Turap baja tipis (sheet piles).

Gambar 6.8. Paritan Penuh (Positif)

Selimut kedap hulu yang menyambung dengan zona inti digunakan untuk

memperpanjang aliran rembesan guna mengurangi rembesan. Cara ini

digunakan, bila cara paritan vertical terlalu mahal. Metoda pengendali hilir,

seperti drainase, juga digunakan bersama-sama selimut kedap hulu ini, untuk

mengurangi pengaruh tekanan angkat dan piping. Efesiensi dari selimut kedap

hulu ini tergantung dai panjang, ketebalan dan koefisien permeabilitas arah

vertikal serta perlapisan dan permeabilitas dari material fondasinya. Selimut

kedap hulu ini dapat rusak, bila terjadi retakan pada selimut akibat penurunan

fondasi atau akibat kekeringan pada kondisi air waduk surut. Masalah lain

adalah terjadinya lubang-lubang (pipa) di dalam fondasi, bila selimut

diletakkan di atas kerakal atau rekahan batu tanpa dilengkapi filter. Bila muka

air waduk berfluktuasi, di atas dan di bawah daerah selimut kedap ini, selimut

harus dilindungi terhadap gelompang dan erosi hujan, pengeringan, dan

tumbuhan yang mempunyai akar dalam.



Gambar 6.9. Selimut Kedap Hulu

Untuk mengimbangi tekanan angkat berlebihan melalui lapisan fondasi yang

porous di kaki hilir bendungan, dapat menggunakan suatu berm hilir. Berm

hilir tersebut terbuat dari material yang porous, supaya dapat memperpanjang

aliran rembesan. Hal tersebut dapat mengurangi gradient hidraulik keluaran

dan debit rembesan. Pada kasus lain, berm yang pervious juga dapat

berfungsi sebagai filter; bila demikian berm tersebut lebih berfungsi sebagai

drainase dibandingkan pengendali tekanan angkat. Untuk itu, desain dan

konstruksi berm harus mempertimbangkan jenis material yang tersedia dan

biaya yang ada.

Gambar 6.10. Berm Rembesan Hilir

Beberapa jenis grouting yang digunakan sebagai pengendali rembesan,

antara lain adalah grouting selimut/ dental, tirai, konsolidasi, dll (Weaver,

1991). Gouting pada fondasi dilakukan untuk mengurangi:

a) Tekanan ke atas (uplift) di bawah fondasi, hilir dari grouting.

b) Kemungkinan terbawanya butiran tanah timbunan ke dalam fondasi.

c) Terbawanya butiran tanah timbunan melalui fondasi masuk kebali me

timbunan.



d) Piping butiran tanah dari kekar-kekar dan sisipan dari batuan.

e) Terbawanya material dari batuan yang hancur (soluble rock).

f) Erosi internal pada bidang kontak antara timbunan dengan fondasi (bed

rock).

Grouting tirai sering dilaksanakan pada batuan, namun juga dapat dilakukan

pada lapisan pasir dan kerakal. Pada dasarnya, lubang-lubang bor dibuat

terlebih dahulu dalam suatu garis atau pola grid. Lubang-lubang tersebut

dibersihkan terlebih dahulu dan kemudian, tergantung dari ukuran rongga-

rongga material yang digrouting, dipompakan suatu semen atau grout kimia

pada tekanan tertentu ke dalam lubang. Bila grouting dilakukan pada batuan,

material grout harus dapat mengisi retakan, rekahan, dan bukaan bukaan lain

sampai material disekeliling lubang menjadi cukup kedap air. Bila groutng

dilakukan pada lapisan pasir kasar dan kerakal, suatu campuran tipis semen

atau material grout kimia digunakan untuk mengisi rongga-rongga diantara

partikel. Pada lapisan pasir halus, material grout mendesak pasir tersebut

dan memadatkannya yang akhirnya membentuk suatu struktur penahan

rembesan.

Permeabilitas zona yang telah digrouting harus relatif rendah, supaya grouting

efektif, karena pengurangan permeabilitas yang diinginkan mungkin tidak

dapat tercapai; beberapa cara drainase biasanya dilakukan sehubungan

dengan grouting untuk keperluan pengendalian rembesan.

Grouting selimut dilakukan pada daerah galian fondasi yang luas bila

permukaan batuannya banyak kekar dan rekah. Cara ini digunakan untuk

menutup (seal) lapisan atas dari kedalaman sekitar 3 – 10 m untuk

eminimalkan terbawanya butiran tanah halus dari zona inti masuk ke dalam

bukaan-bukaan fondasi, menutup permukaan batuan terhadap hilangnya

material grout saat diberikan tekanan tinggi dan untuk mengurangi

kompresibilitas dari batu yang banyak rekah. Grouting dental dapat juga

digunakan sebagai perbaikan kelemehan-kelemahan bagian fondasi. Grouting

tirai dilakukan untuk mengurangi aliran rembesan yang dalam yang melalui

fondasi dan tumpuan. Gambar di bawah menjelaskan bagaimana grouting



mengisi pori/rongga di dalam fondasi dan berfungsi sebagai penahan

rembesan.

Gambar 6.11. Grouting Tirai Sebagai Perbaikan Fondasi Bendungan

Drainase cerobong (chimney/inclined drain) dapat berbentuk miring atau

vertikal terbuat dari material granular, biasanya dikonstruksi bersama-sama

dengan zona filter di bagian hulu dan hilir dari drainase. Pada beberapa

kasus, drainase itu sendiri berfungsi sebagai filter ; biasanya cara ini

digunakan pada bendungan urugan. Kombinasi dari cerobong dan drainase

horisontal adalah merupakan suatu cara yang efektif untuk mengendalikan

rembesan melalui timbunan. Drainase cerobong biasanya dibuat dengan

sudut 45º terhadap bidang horisontal sampai vertical, tergantung dari geometri

bendungan, pelaksanaan praktis di lapangan dan alur rembesan yang akan

diantisipasi. Timbunan tanah yang dipadatkan, biasanya akan berlapis-lapis

dan permeabilitas arah horisontal akan lebih besar dibandingkan yang vertikal.

Hal ini disebabkan oleh material dari borrow area yang bervariasi dan lapisan-

lapisan tanah yang dipadatkan mempunyai perbedaan-perbedaan sifat,

meskipun kecil. Untuk lapisan tanah yang berlapis-lapis, drainase horisontal

tidak perlu untuk mencegah penjenuhan di bagian hilir fondasi. Drainase

horisontal juga tidak dapat mencegah terjadinya rekah hidraulis (hydraulic

fracturing) dan erosi internal dari timbunan. Jadi, drainase cerobong adalah

suatu cara terbaik untuk “menangkap” rembesan di sepanjang bidang

horisontal melalui suatu timbunan yang berlapis-lapis, dimana drainase



horisontal cocok untuk mengurangi tekanan angkat di sepanjang dasar

struktur.

Rekomendasi praktis terbaru adalah menggunakan drainase cerobong untuk

mengendalikan rembesan dan erosi internal pada timbunan tanah dan

drainase fondasi, baik drainase horizontal maupun drainase paritan atau

sumur-sumur pelepas tekanan untuk mengendalikan rembesan pada fondasi.

Untuk menambah kapasitas hidraulis, drainase harus dilengkapi dengan filter

yang memadai di antara zona filter dengan zona di dekatnya, bila zona filter

tidak digunakan.

Filter cerobong adalah merupakan pertahanan paling baik terhadap retakan

melintang pada zona inti akibat perbedaan penurunan atau getaran gempa.

Apabila jenis tanah dispersif atau jenis tanah lain yang mudah tererosi

digunakan sebagai zona inti, zona filter cerobong dan drainase horisontal

adalah merupakan pertahanan paling baik terhadap erosi internal, seperti

gambar di bawah.

Gambar 6.12. Kombinasi Drainase Cerobong dan Drainase Horisontal

Suatu drainase atau paritan kaki dapat digunakan bersama-sama dengan cara

lain pengendalian rembesan. Metoda ini biasanya terdiri dari sebuah pipa

pengumpul di dalam suatu paritan yang kemudian diisi kembali dengan

material filter di sekeliling pipa drainase. Jika lapisan fondasi yang porous

cukup dalam atau berlapis-lapis, drainase kaki mungkin dapat “menangkap”

sebagian kecil rembesan, Pada kasus ini, sumur-sumur pelepas tekanan



digunakan untuk melepaskan tekanan angkat dan mengumpulkan air

rembesan melalui sumur yang digali lebih dalam.

Gambar 6.13. Drainase Kaki Dikombinasikan Dengan Sumur Pelepas Tekanan

Gambar 6.14. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Terhadap Rembesan

Gambar 6.15. Perbaikan Tanah Fonfasi yang Porous Dengan Dinding Halang



6.5 Latihan

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Piping!

2. Apakah prinsip dari metode mengurangi/ meminimalkan rembesan ]?

3. Jelaskan kegunaan dari Lapisan filter !

6.6 Rangkuman

Cara praktis dalam pengendalian rembesan, adalah.....

a. Filter untuk mencegah terbawanya butiran tanah.

b. Pembatasan terhadap debit rembesan.

c. Metoda drainasi untuk mengurangi tekanan rembesan dan

mengumpulkannya melalui konstruk si pembuang yang aman.

d. Kombinasi antara ketiga cara di atas.


dikatogorikan sebagai :

a. Tekanan angkat berlebihan,

b. Piping dan Erosi internal,

c. Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah terurai,

d. Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan

terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing).

Tekanan angkat pada lapisan fondasi yang pervious dapat memacu terjadinya

gaya angkat yang cukup besar pada lapisan fondasi hilir yang tertekan.

Tekanan angkat tersebut terjadi bila lapisan yang lebih porus memindahkan

sebagian besar persentasi tekanan air waduk ke bagian hilir. Keruntuhan

dimulai bila tekanan air pori pada bagian dasar lapisan yang tertekan tersebut

lebih besar dari tekanan overburden dari timbunan di atasnya. Tekanan ke

atas tersebut meruntuhkan lapisan tertekan yang dikenal sebagai blowout.

Piping terjadi akibat gradient hidraulis berlebihan pada kaki bendungan yang

diawali dengan terbentuknya kerucut yang disebut suatu pendidihan (boil)

atau suatu aliran air yang keruh keluar dari lereng hilir. Terbawanya butiran

halus tersebut terus berlangsung ke arah hulu membentuk suatu pipa di dalam

tubuh atau fondasi bendungan.



Keruntuhan akibat erosi internal terjadi bila terjadi aliran air :

a. Di sepanjang retakan atau rekahan di dalam tanah atau batuan dasar

(bedrock),

b. Di sepanjang batas antara tanah dan batuan dasar,

Di antara tanah dan strutur/bangunan beton atau metal.

Solutioning adalah proses melarutnya jenis batuan yang mudah melarut oleh

muka air tanah atau rembesan air waduk. Permukaan batuan tersebut mudah

hancur oleh air hujan, juga pada zona di atas muka air tanah oleh air

rembesan/ perkolasi dan di bawah muka air tanahnya sendiri.Masalah ini

sering terjadi pada fondasi dan tumpuan.

Sloughing adalah jenis kerusakan sebagai akibat dari pembasahan lereng

hilir atau penjenuhan lereng hilir dan gaya-gaya rembesan yang

mempengaruhi stabilitas lereng.

Pada prinsipnya, cara perbaikan pengendalian rembesan tersebut adalah

meliputi :

a. Zona filter dan transisi,

b. Metoda pengurangan rembesan,

c. Berbagai jenis drainasi,

d. Perbaikan fondasi dan tumpuan.

Lapisan filter digunakan untuk melindungi terbawanya antar butiran terhadap

rembesan melalui tubuh dan fondasi bendungan, dan pada waktu bersamaan

membiarkan air rembesan keluar tanpa menimbulkan terjadinya tekanan air

pori berlebih (excessive pore water pressures). Metode mengurangi/

meminimalkan rembesan digunakan untuk mengurangi tinggi tekanan air

waduk yang merembes melalui timbunan. Beberapa cara tersebut adalah :

a. Konstruksi bendungan tanah homogin dengan kemiringan yang relatif

sangat landai,

b. Konstruksi zona inti kedap yang miring ke arah hulu,

c. Konstruksi bendungan dengan zona inti sentral di tengah,

d. Konstruksi dinding inti terbuat dari beton atau tanah bentonit yang plastis



Beberapa jenis drainase dapat digunakan untuk mengendalikan rembesan

yaitu :

a. Drainase horizontal, cocok untuk mengurangi tekanan angkat di

sepanjang dasar struktur.

b. Drainase cerobong (chimney/inclined drain),yang merupakan cara terbaik

untuk “menangkap” rembesan di sepanjang bidang horisontal melalui

suatu timbunan yang berlapis-lapis dan dapat berbentuk miring atau

vertikal terbuat dari material granular

c. Kombinasi dari cerobong dan drainase horisontal yang merupakan cara

efektif untuk mengendalikan rembesan melalui timbunan.

d. Untuk menambah kapasitas hidraulis, drainase harus dilengkapi dengan

filter yang memadai di antara zona filter dengan zona di dekatnya, bila

zona filter tidak digunakan.

Metoda pengendalian rembesan melalui fondasi dan tumpuan meliputi :

a. Paritan (cutoff);

b. Paritan sebagian (partial cutoff);

c. Selimut kedap hulu (upstream impervious blanket),

d. Berm rembesan hilir (downstream seepage berm),

e. Grouting.

6.7 Evaluasi

1. Cara praktis dalam pengendalian rembesan,adalah seperti disebutkan di

bawah ini kecuali.....

a. Filter untuk mencegah terbawanya butiran tanah.

b. Pembatasan terhadap debit rembesan.

c. Metoda drainasi untuk mengurangi tekanan rembesan dan

mengumpulkannya melalui konstruksi pembuang yang aman.

d. Penambahan Counterweight



2. Metoda pengendalian rembesan melalui fondasi dan tumpuan adalah…..

a. Paritan sebagian (partial cutoff);

b. Selimut kedap hulu (upstream impervious blanket),

c. Berm rembesan hilir (downstream seepage berm),

d. Jawaban a,b,dan c benar

3. Sistim drainase terbaik untuk mengendalikan rembesan yaitu…..

a. Drainase horizontal

b. Drainase cerobong (chimney/inclined drain)

c. Kombinasi dari cerobong dan drainase horisontal

d. Drainase vertikal



BAB VII

PENUTUP

7.1 Simpulan

Bendungan harus didesain dan dijaga terhadap pengendalian rembesan yang

aman. Masalah dasar adalah membedakan sejauh mana rembesan

berpengaruh terhadap suatu bendungan dan apa tindakan perbaikan paling

tepat, yang harus dilakukan untuk menjamin bahwa rembesan tidak

membahayakan terhadap keamanan bendungan.Pengelola/pemilik

bendungan sebaiknya memahami masalah rembesan yang terjadi dan

memastikan bahwa bendungan serta bangunan fasilitasnya aman terhadap

bahaya rembesan.

Rembesan merupakan air waduk yang mencari jalan keluar melalui material

yang porus atau suatu rekahan baik yang ada di dalam tubuh maupun fondasi

bendungan. Gaya atau tekanan air dari rembesan yang terjadi dapat

menimbulkan alur air baru atau memperbesar alur eksisting hingga

bendungan rekah. Jadi, pengendalian rembesan merupakan faktor yang

sangat penting dalam desain, pelaksanaan konstruksi dan O&P bendungan

terkait kondisi keamanan bendungan.

Berdasarkan pada peristiwa kegagalan bendungan yang telah terjadi,

sebagian besar kegagalan bendungan disebabkan oleh rembesan yang tidak

terkendali.

Bendungan dianggap aman, bila pembangunan dan pengelolaannya telah

dilaksanakan mengikuti konsepsi dan kaidah-kaidah keamanan bendungan

yang semuanya tertuang di dalam NSPM.

Agar diperoleh desain bendungan yang aman, hal-hal yang perlu diperhatikan

adalah :

a. Perencana dan pengawas pekerjaan harus benar-benar memahami

filosofi penyebab terjadinya rembesan pada bendungan serta konsepsi

dan kaidah-kaidah keamanan bendungan.



b. Perencanaan bendungan termasuk analisa rembesan harus dilaksanakan

tahap demi tahap seperti yang diatur di dalam ps. 26 PP 29/2000 dan

harus mengacu pada NSPM.

c. Kerangka Acuan Kerja (KAK) harus jelas dan lengkap.

7.2 Tindak Lanjut

Untuk lebih memahami secara komprehensif,peserta agar memahami

informasi terhadap penyebab terjadinya rembesan serta pemantauan dan

evaluasi rembesan termasuk cara kontrol terhadap rembesan serta

mempelajari pula modul-modul penting lainnya yaitu Standar Nasional

Indonesia (SNI),pedoman-pedoman terkait dengan survei investigasi, desain,

konstruksi, operasi dan pemeliharaan Bendungan.



DAFTAR PUSTAKA

Bharat Singh & HD Sharma, Earth and Rockfill dams, Sarita Prakashan, Meerut,

India,1982

Cedergren, H., 1967. Seepage, Drainage and Flownets. John Wiley and Sons, Inc.,

New York, 1967

COREY. A.T. (1977), Mechanics of Heterogeneous Fluids in Poreus Media, Water

Resource Publications, Fort Collinds CO., 1977.

Earth Manual (1974), U.S. Department of The Interior, Bureau of Reclamation,

Second Edition, Denver CO.

EDERGEN, H.R. (1967), Seepage, Drainage and Flownets, John Wiley & Sons Inc.,

New York.

FREDLUND. D.G. (1962), “Soil Mechanics For Unsaturated Soil”, John Wiley & Sons

Inc., New York.

Geo-Slope (1987), PC-SEEP A Finite Element Program For Seepage Analysis,

Users Manual, Geo-Slope Programming Ltd., Calgary, Alberta, Canada.

HARR, M.E. (1962), Groundwater and Seepage, McGraw-Hill, New York NY.

HIRSCHFELD, R.C. and S.J. POULOUS, ed. (1973) Embankment Dam Engineering

Practice, “Casagrande Volume, John Wiley and Sons, New Yoek.

LEONARDS, G.A. (1962), Foundation Engineering, McGRaw-Hill, New York NY.

National Academy Press (1983), Safety of Existing Dams: Evaluation and

Improvement, National Academy Press, Washington DC.

NAJOAN, Th.F. (1986), Peralatan Electrical Resistant Network Analog; Teori,

Petunjuk Pemakaian dan Aplikasi untuk Studi Rembesan Air, Puslitbang Air

128/BA-22/1986.



NAJOAN, TH.F. (1993), “Analisis Rembesan Air Dengan Menggunakan Cara Lemen

Hingga (SEEP-2D)”. Short Cource Computer Methods For Geotechnical

Analysis, 11 Okt-13 Okt. 1993.

PUSLIBTANG SDA (Des 2000), Analisis Transient Seepage Dengan Cara Lemen

Hingga Untuk Evaluasi Keamanan BEndungan di Nusa Tenggara Timur, Hasil

Penelitian Kelompok Bidang Keakhlian Geoteknik dan Bangunan Air No. 03/

P3TSDA/LIT-01/2000 Puslitbang SDA, Balibang Kimbang Praswil.

Departemen Kimbang Praswil.

SHERARD, J.L. R.J. WOODWARD, S.F. GIZIENSKI, and W.A. CLEVENGER

(1963), Earth and Earth-Rock Dams, John Wiley and Sons, New Yoek NY,

1963.

Suyono Sosrodarsono and Kansaku Takeda, Editor, 1977. Bendungan Type Urugan.

PT Pradnya Paramita Jakarta, 1977

TERZAGHI, K and R.B. PECK (1967), Soil Mechanics in Engineering Practice,

second edition, John Wiley and Sons, New York NY.

USBR 1973, Design of Small Dams, U.S. Department of the Interior, Bureau of

Reclamation.

USBR (1984), Seepage Analyses Using The Boundary Element Method, US.

Department of the Interior, Bureau of Reclamation, Engineering and Research

Center, Denver CO., May 1984.



GLOSARIUM

Aliran : Aliran yang melewati media porus di dalam

zone dengan takanan air pori positif

dibawah garis freatik ; aliran jenuh biasanya

terjadi akibat gradien hidraulik pengaruh

gravitasi air waduk di udik bendungan dan

daerah keluaran air di hilir bendungan

Aliran Jenuh : Aliran yang melewati media porus di dalam

zone dengan tekanan air pori positif di

bawah garis preatik ; aliran jenuh biasanya

terjadi akibat gradien hidraulik pengaruh

gravitasi air waduk di udik bendungan dan

daerah keluaran air di hilir bendungan

Aliran Tak Jenuh

: Aliran yang melewati media porus di dalam

zone dengan tekanan air pori negatif di atas

garis preatik ; aliran tak jenuh biasanya

terjadi karena perbedaan daya isap kapiler

permukaan (capillary surface tension) yang

menyebabkan terjadinya gradien hidraulik

antara zone jenuh dan daerah keluaran air

di hilir bendungan

Garis Preatik

: Garis aliran air yang berhubungan dengan

bidang imajiner dalam tubuh dan/atau

fondasi bendungan,yang tekanan air porinya

sama dengan tekanan atmosfer

Permeabilitas

: Kapasitas rata-rata dari suatu media aliran

porus untuk melewatkan air di bawah satu

unit gradien tertentu,dalam kondisi laminer



Anisotropi : Sifat alami material yang tidak sama dalam

segala arah ; dalam analisa rembesan air,

anisotropi berhubungan dengan nilai

koefisien permeabilitas yang tidak sama,

yaitu yang searah bidang perlapisan (arah

horisontal kh) dan yang tegak lurus

perlapisan (arah vertikal kv)

Rembesan Air

: Semua gerakan air dari waduk melewati

tubuh dan fondasi bendungan yang

merupakan fungsi dari waktu,dan termasuk

aliran melewati media porus, rekahan, dan

saluran kecil.

Tekanan Air Pori : Tekanan air dalam rongga butiran tanah

yang berhubungan satu dengan lainnya di

dalam tubuh dan fondasi bendungan,baik

tekanan air pori positif (> tekanan atmosfer)

yang terjadi karena pengaruh gravitasi

maupun tekanan air pori negatif ( suction)

karena pengaruh isapan permukaan

Gradien Hidraulik : Perbandingan tinggi potensial hidraulik

antara dua titik dibagi jaraknya dalam media

aliran tanpa dimensi ; tinggi potensial

hidraulik biasanya dinyatakan sebagai

penjumlahan tinggi tekanan air pori yang

dinyatakan dalam unit tinggi dan tinggi

elevasi titik yang ditinjau terhadap suatu

datum tertentu

Muka Air Waduk Maksimum : Elevasi muka air yang diijinkan dan

ditentukan terhadap tinggi jagaan minimal

yang telah disepakati



Muka Air Waduk Minimum

: Elevasi muka air waduk yang merupakan

puncak permukaan air pada kapasitas

konservasi inaktif

Muka Air Waduk Normal

: Elevasi muka air waduk pada kondisi

eksploitasi normal dan merupakan puncak

permukaan air pada kapasitas koservasi

aktif

Bendungan Bangunan yang berupa urugan tanah,u

rugan batu,beton, dan/ atau pasangan batu

yang dibangun selain untuk menahan dan

menampung air, dapat pula dibangun untuk

menahan dan menampung limbah tambang

(tailing), atau menampung lumpur sehingga

terbentuk waduk

Bendungan Tipe Urugan Bendungan yang terbuat dari bahan urugan

dari borrow area yang dipadatkan dengan

menggunakan vibrator roller atau alat

pemadat lainnya pada setiap hamparan

dengan tebal tertentu

Bendungan Tipe Urugan Tanah

Homogen

Suatu bendungan urugan digolongkan

dalam tipe homogen, apabila bahan yang

membentuk tubuh bendungan tersebut

terdiri atas tanah yang hampir sejenis

dengan klasifikasi hampir homogen (dari

borrow area) dan dipadatkan secara

mekanik dengan menggunakan vibrator

roller atau alat lainnya pada setiap

hamparan dengan tebal tertentu

Daerah Fondasi Dasar lembah tempat tubuh bendungan dan

bangunan lainnya ditempatkan



Tubuh Bendungan Bagian bendungan yang menahan,

menampung dan meninggikan air yang

berdiri diatas fondasi bendungan

Waduk Wadah yang dapat menampung air baik

secara alamiah maupun buatan karena

dibangunnya bendungan



KUNCI JAWABAN

A. LATIHAN MATERI POKOK 1: PENENTUAN KOEFISIEN PERMEABILITAS

DAN PARAMETER DESAIN

1. Sebutkan hal-hal yang harus diperhatikan selama penyelidikan lapangan

khususnya mengenai masalah rembesan!

Jawaban:

Hal-hal yang harus diperhatikan dalam penyelidikan Lapangan rembesan

adalah pemetaan lapangan, penyelidikan bawah tanah berupa pemboran

diikuti pengambilan contoh tanah, pengujian permeabilitas lapangan dari

tanah/ batuan dan Investigasi Geofisik.

2. Apakah yang mendasari adanya 2 (dua) tipe kondisi air tanah yang sering

dijumpai di lapangan (Unconfined dan Confined)?

Jawaban:

Kedua kondisi ditentukan berdasarkan perubahan tinggi tekanan yang

terjadi dalam suatu sumur (well), lubang bor atau sumur uji (test pit).

3. Jelaskan mengenai Uji Packer!

Jawaban:

Uji permeabilitas lainnya di Lapangan adalah Uji Packer yaitu pengujian

pada batuan keras yang dapat menahan tekanan "packer"

(penyekat),dengan cara melakukan injeksi air ke dalam lubang bor untuk

mendapatkan koefisien kelulusan air dan nilai Lugeon dari batuan

tersebut. Pengujian dilakukan melalui lubang bor yang telah dibuat

sebelumnya.

B. EVALUASI MATERI POKOK 1: PENENTUAN KOEFISIEN

PERMEABILITAS DAN PARAMETER DESAIN

1. C

2. D

3. A



C. LATIHAN MATERI POKOK 2: JARINGAN ALIRAN

1. Informasi atau gambaran apakah yang dapat diperoleh dari Flownet?

Jawaban:

Fownet menggambarkan distribusi tekanan-tekanan dan arah aliran,serta

memberikan informasi penting mengenai stabilitas dan debit rembesan,

gradien keluaran, gaya-gaya rembesan serta tekanan-tekanan angkat

yang bekerja di dasar bangunan.

2. Apakah hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung besarnya debit

rembesan yang terjadi pada berlaku pada kerikil dan rekahan batu.

Sebutkan alasannya!

Jawaban:

Hukum Darcy tidak dapat digunakan untuk menghitung debit rembesan

yang terjadi pada kerikil dan rekahan batu karena koefisien permeabilitas

Darcy (k) hanya berlaku untuk aliran laminer melalui media yang porous.

Untuk kerikil berbutir kasar dan batu yang mempunyai alur aliran yang

besar, aliran akan bersifat turbulen, kecepatan aliran tidak proporsional

dengan gradien hidraulis dan hukum Darcy tidak berlaku.

3. Sebut minimal 3 (tiga) keuntungan dari analisa rembesan dengan

menggunakan cara numerik!

Jawaban:

Keuntungan dari cara numerik adalah :

a. Masalah rembesan 2-D dan 3-D, termasuk perlapisan dan sifat

stratifikasi dan kantung-kantung material dapat dimodelkan.

b. Pada zona dimana gradien rembesan atau kecepatannya tinggi, dapat


c. Tidak diperlukan transformasi dimensi atau properti.

D. EVALUASI MATERI POKOK 2: JARINGAN ALIRAN

1. A

2. D

3. B



E. LATIHAN MATERI POKOK 3: REMBESAN MELALUI BENDUNGAN

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan penggambaran garis preatik

menggunakan cara Cassagrande dan Saffernak!

Jawaban:

Penggambaran garis preatik pada bendungan dengan sudut kemiringan

lereng () < 30º menggunakan cara Saffernak & Iterson,sedangkan untuk

sudut lereng () > 30º menggunakan cara Cassagrande.

2. Bagaimana garis preatik pada tanah berlapis dengan nilai koefisien

permeabilitas yang berbeda?

Jawaban:

Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang

berbeda, garis aliran dari flownet akan berbelok atau menyimpang.

3. Mengapa rembesan yang melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan,dan

tepian/ bukit sekeliling waduk harus terkendali?

Jawaban:

Agar tidak terjadi gaya angkat (uplift) yang berlebihan, longsoran,erosi

buluh, terhanyutnya material karena pelarutan (solutioning), atau erosi

internal/ material terbawa aliran rembesan melalui rekahan, kekar dan

rongga.

F. EVALUASI MATERI POKOK 3: REMBESAN MELALUI BENDUNGAN

1. D

2. A

3. C

G. LATIHAN MATERI POKOK 4: IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN

1. Apakah tujuan dari analisa rembesan?

Jawaban:

Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah Rembesan

berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh

suatu bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang

aman dan ekonomis.



2. Bagaimanakah langkah-langkah dalam menentukan metoda yang paling

baik digunakan dalam analisa rembesan?

Jawaban:

Analisa rembesan sebaiknya dimulai dengan metoda yang paling

sederhana dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan

mahal, namun lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi.

3. Jelaskan metode sederhana yang dapat kita lakukan jika informasi terkait

rembesan yang terjadi sangat terbatas!

Jawaban:

Bila informasi terkait rembesan sangat terbatas,sketsa sederhana flownet

dapat digunakan walau berdasarkan asumsi yang masih kasar.

H. EVALUASI MATERI POKOK 4: IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN

1. C

2. A

3. B

I. LATIHAN MATERI POKOK 5: CARA PRAKTIS PENGENDALIAN

REMBESAN

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Piping!

Jawaban:

Piping adalah proses terbawanya butiran halus ke arah hulu yang

berlangsung terus menerus akibat gradient hidraulis berlebihan pada kaki

bendungan dan membentuk suatu pipa di dalam tubuh atau fondasi

bendungan.

2. Apakah prinsip dari metode mengurangi/ meminimalkan rembesan?

Jawaban:

Prinsip dari metode mengurangi/ meminimalkan rembesan adalah

mengurangi tinggi tekanan air waduk yang merembes melalui timbunan.



3. Jelaskan kegunaan dari Lapisan filter !

Jawaban:

Lapisan filter digunakan untuk melindungi terbawanya butiran akibat

rembesan melalui tubuh dan fondasi bendungan, serta pada waktu

bersamaan membiarkan air rembesan keluar tanpa menimbulkan

terjadinya tekanan air pori berlebih (excessive pore water pressures).

J. EVALUASI MATERI POKOK 5: CARA PRAKTIS PENGENDALIAN

REMBESAN

1. D

2. D

3. C

modul 12 analisa stabilitas bendungan: perhitungan rembesan · modul 12 analisa stabilitas...

Documents