skripsi - repository.ub.ac.idrepository.ub.ac.id/13017/1/muhammad aswin.pdf · berbentuk trapesium...

KAJIAN GARIS FREATIS PADA TUBUH BENDUNGAN URUGAN

UNTUK MENGATASI REMBESAN BERDASARKAN KEPADATAN

TANAH MENGGUNAKAN APLIKASI GEOSTUDIO.SEEP/W 2012

SKRIPSI

TEKNIK PENGAIRAN KONSENTRASI

PEMANFAATAN DAN PENDAYAGUNAAN SUMBER DAYA AIR

Ditujukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD ASWIN

NIM. 115060407111013 - 64

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2018

x

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

Gambar 2.1 Klasfikasi tanah AASHTO ................................................................... 6

Gambar 2.2 Rentang (Range) dari Batas Cair (LL) dan Indeks Plastisitas (PI)

untuk Tanah dalam Kelompok A-2, A-4, A-5, A-6, dan A-7 ............. 7

Gambar 2.3 Hasil Tabel Sistem Klasifikasi Unified ................................................ 9

Gambar 2.5 Tabel Tipe Bendungan Urugan ............................................................ 12

Gambar 2.6 Aliran air tanah ..................................................................................... 25

Gambar 2.7 Aliran rembesan dalam tanah ............................................................... 26

Gambar 2.8 Hitungan Rembesan Metode Dupuit .................................................... 29

Gambar 2.9 Hitungan Rembesan Metode Schaffernak ............................................ 30

Gambar 2.10 Hitungan Rembesan Metode Cassagrande .......................................... 31

Gambar 2.11 Grafik untuk Perhitungan Rembesan (Taylor, 1948) ........................... 32

Gambar 2.12 Jendela awal Software Geostudio 2012 ................................................ 34

Gambar 2.13 Membuat Lembar Kerja ....................................................................... 34

Gambar 2.14 Menentukan Analisis yang Digunakan ................................................ 35

Gambar 2.15 Mengatur Skala pada Lembar Kerja ..................................................... 35

Gambar 2.16 Mengatur Axes pada Lembar Kerja ...................................................... 36

Gambar 2.17 Menggambar Objek .............................................................................. 36

Gambar 2.18 Menentukan Sifat Fisik Material .......................................................... 37

Gambar 2.19 Memasukkan Data Kadar Air ............................................................... 37

Gambar 2.20 Memasukkan Data Permeabilitas Tanah .............................................. 38

Gambar 2.21 Menentukan Data Kadar Air dan Permeabilitas yang Digunakan ....... 38

Gambar 2.22 Menggambar Garis Freatis ................................................................... 39

Gambar 2.23 Menggambar flux pada gambar bendungan ......................................... 39

Gambar 2.24 Menggambar Boundary Conditions ..................................................... 40

Gambar 2.25 Menggambar Boundary Conditions pada Hulu .................................... 40

Gambar 2.26 Eksekusi Model Bendungan ................................................................. 41

Gambar 2.27 Hasil Eksekusi Model Bendungan ....................................................... 41

Gambar 2.28 Memberi Keterangan pada Hasil Eksekusi Model ............................... 42

Gambar 2.29 Menampilkan Hasil analisis Total Head .............................................. 42

Gambar 2.30 Menampilkan Hasil analisis Preassure Head ...................................... 43

Gambar 2.31 Menampilkan Hasil analisis Pore-Water Preassure ............................ 43

Gambar 3.1 Contoh Pola Aliran Garis Freatis ......................................................... 46

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ....................................................................... 57

Gambar 4.1 Grafik Pembagian Butir Tanah ............................................................ 61

Gambar 4.2 Grafik Pengujian Batas Cair Tanah ...................................................... 64

Gambar 4.3 Diagram Plastisitas Tanah .................................................................... 67

Gambar 4.4 Klasifikasi Tanah menurut AASHTO ................................................... 68

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kepadatan Tanah ..................................................... 69

Gambar 4.6 Total Head Model pada H = 30 cm ..................................................... 71

Gambar 4.7 Tekanan Air Pori pada H = 30 cm........................................................ 71

Gambar 4.8 Tinggi Tekan pada H = 30 cm .............................................................. 72

xi

Gambar 4.9 Total Head pada H = 40 cm ................................................................. 67

Gambar 4.10 Tekanan Air Pori pada H = 40 cm ........................................................ 73


Gambar 4.12 Total Head pada H = 50 cm ................................................................. 74

Gambar 4.13 Tekanan Air Pori pada H = 50 cm ........................................................ 74


Gambar 4.15 Grafik Rekapitulasi Debit Rembesan ................................................... 82

iii

DAFTAR ISI

Halaman

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

DAFTAR ISI ................................................................................................................. iii

DAFTAR TABEL ......................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... ix

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................ xi

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

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

1.2. Identifikasi Masalah ....................................................................................... 1

1.3. Rumusan Masalah .......................................................................................... 2

1.4. Batasan Masalah............................................................................................. 3

1.5. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 3

1.6. Manfaat Penelitian ......................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 5

2.1 Klasifikasi Tanah ............................................................................................ 5

2.1.1 Sistem Klasifikasi AASHTO ................................................................ 5

2.1.2 Sistem Klasifikasi Unified .................................................................... 8

2.1.3 Perbandingan Sistem Klasifikasi AASHTO dan Unified ..................... 10

2.2 Bendungan Tipe Urugan ................................................................................. 11

2.2.1 Timbunan Bendungan Urugan .............................................................. 15

2.2.1.1 Tanah ........................................................................................ 15

2.2.1.2 Lempung ................................................................................... 15

2.3 Pengujian Kadar Air (SNI 1965:2008) ........................................................... 16

2.3.1 Uji Karakteristik Dasar tanah ................................................................ 16

2.3.2 Analisis Ayakan (SNI 1968-1990-F) .................................................... 16

2.3.3 Analisis Hidrometer (SNI 3423:2008) .................................................. 17

2.3.4 Liquid Limit test (SNI 1967:2008) ........................................................ 18

2.3.5 Plastic Limit test (SNI 1966:2008) ....................................................... 19

2.3.6 Shrinkage Limit Test (SNI 3422:2008) ................................................. 20

2.3.7 Spesific Gravity Test (SNI 1964:2008) ................................................ 21

2.3.8 Standart Proctor Test (SNI 1742:2008) ............................................... 22

2.3.8.1 Uji Permeabilitas Tanah ........................................................... 24

2.4 Permeabilitas ................................................................................................... 25

2.4.1 Garis Aliran ........................................................................................... 25

2.4.2 Aliran Air Dalam Tanah ....................................................................... 25

2.5 Garis Freatis Dan Perhitungan debit Rembesan ............................................. 29

2.5.1 Metode Dupuit (1863) ........................................................................... 29

http://kampungtekniksipil.blogspot.com/2015/08/analisis-saringan-sieve-analysis-sni.html

iv

2.5.2 Metode Schaffernak (1917) ................................................................................... 30

2.5.3 Metode Cassagrande (1932) ................................................................ 31

2.6 Software Geostudio Seep/W 2012 .................................................................. 33

2.6.1 Langkah-langkah menggunakan Software Geostudio

Seep/W 2012 ......................................................................................... 34

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................................. 45

3.1 Lokasi Penelitian ............................................................................................. 45

3.2 Material Dasar ................................................................................................. 45

3.3 Peralatan Pengujian ......................................................................................... 45

3.4 Variabel Penelitian .......................................................................................... 45

3.4.1 Variabel Bebas ...................................................................................... 45

3.4.2 Variabel Terikat .................................................................................... 46

3.4.3 Variabel Kontrol ................................................................................... 46

3.5 Langkah-langkah Penelitian ........................................................................... 46

3.5.1 Identifikasi Sifat Fisik Tanah................................................................ 46

3.5.1.1 Pengujian Kadar Air ................................................................. 47

3.5.1.2 Uji Karakteristik Dasar Tanah .................................................. 47

3.5.1.2.1 Analisis Ayakan......................................................... 47

3.5.1.2.2 Analisis Hidrometer................................................... 48

3.5.1.3 Liquid Limit test ....................................................................... 49

3.5.1.4 Plastic Limit test ....................................................................... 50

3.5.1.5 Shrinkage Limit test .................................................................. 51

3.5.1.6 Spesific Gravity ........................................................................ 52

3.5.1.7 Standart Proctor Test ............................................................... 53

3.5.1.8 Uji Permeabilitas Tanah ........................................................... 54

3.6 Software Geostudio Seep/W 2012 ................................................................... 55

3.7 Output Penelitian ............................................................................................ 56

3.8 Diagram Alir Penelitian .................................................................................. 57

BAB IV ANALISIS HASIL PENELITIAN ............................................................... 59

4.1 Hasil Pengujian Sifat Fisik Tanah .................................................................. 59

4.1.1 Pengujian Kadar Air (Water Content) .................................................. 59

4.1.2 Analisis Pembagian Butiran Tanah ...................................................... 59

4.1.3 Batas-batas Atterberg Tanah ................................................................ 62

4.1.4 Specific Gravity (Gs) ............................................................................ 65

4.1.5 Klasifikasi Tanah .................................................................................. 66

4.1.5.1 Sistem Klasifikasi USCS (Unified Soil Classification system) 66

4.1.5.2 Sistem Klasifikasi AASHTO (American Association

of State Highway and Transporting Official) ........................... 67

4.2 Hasil Pengujian Kepadatan Tanah (Standard Proctor Test) ................... 68

4.3 Hasil Uji Permeabilitas Tanah ................................................................. 69

4.4 Analisis Hasil Penelitian .......................................................................... 70

4.4.1 Gambar Garis Freatis Dan Perhitungan Aplikasi Geostudio

seep/w 2012 .................................................................................. 70

4.4.1.1 Hasil Perhitungan Debit Pada H = 30 cm ......................... 70

v

4.4.1.2 Hasil perhitungan Debit Pada H = 40 cm .......................... 72

4.4.1.3 Hasil Perhitungan Debit Pada H= 50 cm .......................... 74

4.4.2 Perhitungan Empirik Debit Rembesan Metode (Dupuit,

Schaffernak Dan Cassagrande) ................................................ 75

4.4.2.1 Perhitungan Debit Rembesan Menggunakan Metode Dupuit ....... 75

4.4.2.2 Perhitungan Debit Rembesan Menggunakan Metode

Schaffernak .................................................................................... 76

4.4.2.3 Perhitungan Debit Rembesan Menggunakan Metode

Cassagrande .................................................................................. 78

4.5 Karakteristik Tanah sebagai Timbunan pada BendunganUrugan ................... 80

4.6 Hubungan Ketinggian Muka Air terhadap Debit Rembesan .......................... 81

BAB V PENUTUP ....................................................................................................... 85

5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 85

5.2 Saran ................................................................................................................ 86

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

vi

Halaman ini sengaja dikosongkan

RINGKASAN

Muhammad Aswin, Jurusan Pengairan, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Juli 2018,

Kajian Garis Freatis Pada Tubuh Bendungan Urugan Untuk Mengatasi Rembesan

Berdasarkan Kepadatan Tanah Menggunakan Aplikasi Geostudio.Seep/W 2012, Dosen

Pembimbing: Dian Chandrasasi, ST., MT, Dr. Very Dermawan, ST., MT.

Keamanan terhadap kegagalan karena rembesan merupakan kriteria penting dalam

desain bendungan urugan. Dalam penelitian ini menggunakan aplikasi Geostudio Seep/W

2012dan metode empiris Dupuit, Schaffernak dan Cassagrande. Pada aplikasi, model fisik

berbentuk trapesium dengan dimensi panjang 180 cm, tinggi 50 cm, lebar puncak bendung

10 cm, kemiringan hulu 1:2, dan kemiringan hilir 1:1,4. Tanah yang digunakan dalam

penelitian ini adalah. Kesimpulan dari penelitian ini berdasarkan sistem klasifikasi USCS

(Unified Soil ClassificationSystem) dan AASHTO (American Association of State Highway

and Transporting Official) adalah bahwa tanah lempung yang digunakan dapat

diklasifikasikan sebagai tanah CL yang memiliki karakteristik yang baik sebagai bahan

bendungan urugan dengan konduktivitas hidrolik yang rendah (k=2,70325x10-7

cm/dt).

Semakin tinggi muka air hulu maka semakin tinggi rembesan yang dihasilkan.

Untuk perhitungan empiris, pada penelitian ini analisis dari Geostudio Seep/W 2012

memiliki hasil yang terbaik untuk menghitung tingkat rembesan pada model ini

dibandingkan metode lainnya (Dupuit, Schaffernak dan Cassagrande).

Adapun perhitungan debit ditinjau berdasarkan ketinggian muka air hulu 30cm,

40cm dan 50cm dengan kepadatan saat kondisi optimum moisture content (OMC) dengan

kadar air sebesar 23,13% adalah sebagai berikut: Perhitungan dengan analisis software

Geostudio Seep/W 2012 menghasilkan debit outflow yang dihasilkan dari masing-masing

ketinggian 30cm, 40cm dan 50cm masing-masing sebesar 7,3281 x10-7

cm3/dt, 1,0727 x10

-

6 cm

3/dt dan 2,387 x10

-6 cm

3/dt. Sedangkan perhitungan analitis menggunakan metode

Dupuit menghasilkan debit outflow yang dihasilkan dari masing-masing ketinggian 30cm,

40cm dan 50cm masing-masing sebesar 2,387 x10-6

cm3/dt, 1,816 x10

-6 cm

3/dt dan 2,561

x10-6

cm3/dt. Perhitungan analitis menggunakan metode Schaffernak menghasilkan debit

outflow yang dihasilkan dari masing-masing ketinggian 30cm, 40cm dan 50cm masing-

masing sebesar 1,032 x10-6

cm3/dt, 2,276 x10

-6 cm

3/dt dan 5,223 x10

-6 cm

3/dt. Perhitungan

analitis menggunakan metode Cassagrande menghasilkan debit outflow yang dihasilkan

dari masing-masing ketinggian 30cm, 40cm dan 50cm masing-masing sebesar 8,275 x10-7

cm3/dt, 1,756 x10

-6 cm

3/dt dan 3,566 x10

-6 cm

3/dt.

Kata Kunci: Garis Freatis, Rembesan, Bendungan Urugan, Dupuit, Schaffernak,

Cassagrande, Geostudio Seep/W 2012.

SUMMARY

Muhammad Aswin, Department of Water Resources Engineering, Faculty of

Engineering, Brawijaya University, July 2018, Study of Phreatic Line on the Body of

EarthfillDam to Overcome Seepage Based on Soil Density Using the Geostudio.Seep / W

2012 Application, Advisor: Dian Chandrasasi, ST., MT., Dr. Very Dermawan, ST., MT.

Safety against failure due to seepage is an important criterion in the design of the

dam. In this study using the Geostudio Seep / W 2012 application and the empirical

methods of Dupuit, Schaffernak and Cassagrande. In the application, the physical model is

in the form of a trapezoid with dimensions of length 180 cm, height 50 cm, peak width of

weir 10 cm, tilt upstream 1: 2, and downstream slope 1: 1.4. The land used in this study is.

The conclusion of this study based on the classification system of USCS (Unified Soil

Classification System) and AASHTO (American Association of State Highway and

Transporting Official) is that the clay used can be classified as CL soil which has good

characteristics as a material for low-density hydraulic dam (k = 2,70325x10-7cm / s).

The higher the upstream water level, the higher the seepage produced. For

empirical calculations, in this study the analysis from Geostudio Seep / W 2012 has the

best results to calculate the seepage rate on this model compared to other methods

(Dupuit, Schaffernak and Cassagrande).

The discharge calculation is reviewed based on the upstream water level of 30cm,

40cm and 50cm with the density when optimum moisture content conditions (OMC) with a

moisture content of 23.13% are as follows: Calculation with the Geostudio Seep / W 2012

software analysis produces outflow generated from each height of 30cm, 40cm and 50cm

respectively 7.3281 x10-7 cm3 / sec, 1.0727 x10-6 cm3 / sec and 2,387 x10-6 cm3 / sec.

While the analytical calculation using the Dupuit method produces outflow discharges

generated from each height of 30cm, 40cm and 50cm, each of which is 2,387 x10-6 cm3 /

s, 1,816 x10-6 cm3 / s and 2,561 x10-6 cm3 / s. Analytical calculations using the

Schaffernak method produce outflow discharges generated from each height of 30cm,

40cm and 50cm, respectively 1,032 x10-6 cm3 / sec, 2,276 x10-6 cm3 / sec and 5,223 x10-

6 cm3 / sec. Analytical calculations using the Cassagrande method produce outflow

discharges generated from each height of 30cm, 40cm and 50cm respectively 8.275 x10-7

cm3 / sec, 1.756 x10-6 cm3 / sec and 3.566 x10-6 cm3 / sec.

Keywords: Phreatic Line, Seepage, Earthfill Dam, Dupuit, Schaffernak, Cassagrande,

Geostudio Seep / W 2012.

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Erosi internal dan piping pada main dam merupakan penyebab kegagalan

bendungan kedua setelah aliran yang melewati puncak bendungan. Volume rembesan yang

terlalu besar mengakibatkan pengoperasian bendungan menjadi terganggu. Kasus–kasus

tentang persoalan rembesan air lebih disebabkan dari sifat-sifat kelulusan airnya.

Kelulusan air ini salah satunya dipengaruhi oleh macam tanah yang digunakan dalam

timbunan tubuh bendungan, perlakuan terhadap tanah timbunan hingga pola-pola yang

terjadi.

Dalam perencanaan bendungan tentu diperhitungkan keamanan bendungan

terhadap rembesan air yang mengalir melalui celah-celah diantara butir tanah pembentuk

tubuh bendungan. Untuk mengetahui bagaimana aliran air itu terjadi, maka perlu kajian

mengenai garis freatis atau garis depresi (seepage line formation) dalam tubuh tanah

timbunan. Kajian ini melihat dari tiap-tiap ketinggian muka air serta kapasitas debit yang

mengalir melalui tubuh timbunan.

1.2 Identifikasi Masalah

Beberapa penyebab kebocoran terkonsentrasi melalui bendungan urugan homogen

disebabkan oleh rembesan (seepage) melalui lapisan yang kurang pemadatannya, rembesan

melalui retakan (crack) pada inti kedap air, rembesan melalui retakan akibat penurunan

tidak merata (differential settlement). Berbagai sebab di atas dapat diminimalisir dengan

pemilihan material timbunan yang tepat dan proses pemadatan tanah yang sesuai dengan

karakteristik tanah urugan. Pemilihan material timbunan dengan menggunakan tanah

lempung untuk lapisan kedap air di inti, diyakini dapat menahan erosi akibat rembesan

yang terpusat; selain itu penggunaan pasir di zona hulu bendungan akan membuat pasir

terbilas dan mengisi/menutup lubang yang menjadi pusat rembesan.

Pola aliran yang melewati tubuh bendungan dapat diamati lebih detail dengan

melakukan pengamatan garis freatis di laboratorium. Merujuk pada penelitian sebelumnya

(Azmeri, dkk. 2013), tentang kajian freatik pada uji model fisik dengan timbunan tanah

lempung yang dipadatkan sebesar 65%, 70%, 75% didapatkan kesimpulan bahwa semakin

2

besar kepadatan maka semakin kecil rembesan yang terjadi. Hal itu dapat diketahui dengan

hasil penelitian berupa gambar pola aliran dan grafik gradien hidrolik yang dihitung

dengan 3 metode, yaitu: Casagrande, Dupuit dan Schaffernak. Penelitian lain tentang garis

freatis juga dilakukan oleh Endro Rahardjo (1992) yang mengamati garis freatis dengan

metode Cassagrande menggunakan timbunan bendungan homogen dengan tanah lempung

didapatkan bahwa perhitungan model fisik sesuai dengan metode cassagrande. Penelitian

lebih lanjut dilakukan oleh Sukirman, Sarino, Hakki, H (2014) untuk menganilisis

rembesan yang terjadi pada bendung tipe urugan. Kesimpulan yang didapat yaitu semakin

kecil ukuran butiran tanah timbunan maka semakin kecil garis aliran (flow net)

rembesannya, semakin tinggi elevasi muka air maka semakin besar kecepatan rembesan

yang berbanding lurus dengan besarnya gradien hidrolik dan penggunaan filter dalam

konstruksi menghasilkan kecepatan drainase yang besar dari air yang masuk filter dan

terakhir penelitian dari Nur Ilmiatul (2016) pengamatan serupa menggunakan material

tanah timbunan modifikasi berupa campuran tanah dan pasir dengan komposisi tanah asli

80% dan tanah pasir sebanyak 20%. Tanah dibuat model bendungan dengan kepadatan

pada kondisi dry side atau optimum moisture content -3% (OMC-3%), kondisi optimum

moisture content (OMC) dan wet side atau optimum moisture content +3% (OMC+3%),

nilai kadar air didapat dari pengujian proctor standar, yang kemudian dihitung debit

rembesannya dengan metode Cassagrande, Dupuit dan Schaffernak. Hasil perhitungan

tersebut dibandingkan dengan debit observasi dan perhitungan dari analisis software

Geostudio Seep/W 2012.

Dari penelitian sebelumnya, muncul pemikiran untuk melakukan pengamatan

menggunakan material tanah timbunan berupa tanah lempung dan melakukan

perbandingan debit rembesan dengan aplikasi Geoslope.GeoStudio Seep/W.2012 dengan

pendekatan Casagrande, Dupuit dan Schaffernak berdasarkan ketinggian muka air yang

berbeda untuk didapatkan metode perhitungan yang tepat dengan material sehingga dapat

digunakan dalam pertimbangan penentuan timbunan material yang aman.

1.3 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut:

1. Bagaimana karakteristik timbunan lempung dalam mengatasi rembesan yang terjadi

pada tubuh bendungan urugan dalam mengatasi rembesan?

2. Bagaimana pola aliran garis freatis yg terjadi pada tubuh bendungan urugan

berdasarkan ketinggian muka air pada kondisi tanah optimum moisture conten dan pada

aplikasi Geoslope.Geostudio Seep/W .2012 ?

3

3. Bagaimana hasil uji debit rembesan menggunakan software Geoslope.Geostudio

Seep/W .2012 dan dengan metode Dupuit, Chaffernak dan Casagrande ?

1.4 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini diambil beberapa batasan-batasan seperti:

1. Timbunan berbentuk trapesium tanpa menggunakan sistem drainasi dan tidak

menirukan prototype timbunan yang ada, ukuran trapesium panjang 180cm, tinggi

50cm dan lebar puncak bendung 10cm.

2. Garis freatis yang dihitung hanya pada tubuh bendungan urugan.

3. Material yang digunakan adalah tanah lempung.

4. Angka kelulusan air vertikal dianggap sama dengan angka kelulusan air horizontal.

5. Penggunaan rumus dianggap sudah teruji kebenarannya berdasarkan metode keilmuan.

6. Kemiringan hulu tubuh bendungan urugan 1:2 dan kemiringan bagian hilir 1:1,4

7. Tinggi muka air berdasarkan HWL sebesar 30cm, 40cm dan 50cm.

1.5. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini antara lain:

1. Mengetahui karakteristik tanah lempung sebagai material timbunan pada bendungan

urugan.

2. Melaksanakan simulasi dan mengetahui pola aliran garis freatis dan debit rembesan

pada tubuh bendungan urugan dengan material lempung.

3. Melakukan perbandingan debit rembesan dengan software Geostudio Seep/W 2012.

dengan pendekatan Cassagrande, Schaffernak dan Dupuit.

1.6. Manfaat Penelitian

Dengan adanya penelitian ini, diharapkan dapat memberikan beberapa manfaat,

antara lain:

1. Memberikan sumbangsih terhadap penelitian tentang perilaku hidrolika dari garis

freatis dan debit rembesan.

2. Mengetahui karakteristik metode Cassagrande, Dupuit dan Schaffernak terhadap

software Geostudio Seep/W 2012. dengan material lempung sehingga dapat dipakai

sebagai referensi penelitian terhadap bidang keilmuan yang sama atau berhubungan.

3. Memberikan dasar pertimbangan dalam menentukan material tubuh bendungan

urugan.

4

Halaman ini sengaja di kosongkan

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Klasifikasi Tanah

Sistem klasifikasi tanah yang digunakan pada pengujian ini adalah sistem

klasifikasi tanah AASHTO dan Unified. Kedua sistem ini dianggap dapat menafsirkan ciri-

ciri suatu tanah karena memperhitungkan distribusi ukuran butir dan batas-batas Atterberg.

2.1.1 Sistem Klasifikasi AASHTO

Sistem klasifikasi ini dikembangkan dalam tahun 1929 sebagai Public Road

Administration Classification System. Sistem ini sudah mengalami beberapa perbaikan ;

versi yang saat ini berlaku adalah yang diajukan oleh Committee on Classification of

Materials for Subgrade and Granular Type Road of the Highway Research Board dalam

tahun 1945(ASTM Standard no D-3282, AASHTO metode M 1 45).

Sistem klasifikasi AASHTO yang dipakai saat ini diberikan dalam Tabel 2.1. Pada

sistemini, tanah diklasifikasikan ke dalam tujuh kelompok besar, yaitu A-1 sampai

denganA-7. Tanah yang diklasifikasikan ke dalam A-1, A-2, dan A-3 adalah tanah berbutir

di mana 35% atau kurang dari jumlah butiran tanah tersebut lolos ayakan No. 200. Tanah

dimana lebih dari 35% butirannya lolos ayakan No. 200 diklasifikasikan ke dalam

kelompok A-4, A-5, A-6, dan A-7. Butiran dalam kelompok A-4 sampai dengan A-7

tersebut sebagian besaradalah lanau dan lempung. Sistem klasifikasi ini didasarkan pada

kriteria di bawah ini:

1. Ukuran butir

a) Kerikil: bagian tanah yang lolos ayakan dengan diameter 75 mm dan yang tertahan

di ayakan No.20 (2 mm).

b) Pasir: bagian tanah yang lolos ayakan No 10 (2 mm) dan yang tertahan pada ayakan

No. 200 (0,075 mm).

c) Lanau dan lempung: bagian tanah yang lolos ayakan No. 200.

2. Plastisitas

Lanau merupakan bagian-bagian yang halus dari tanah dengan indeks plastisitas

sebesar 10 atau kurang. Lempung merupakan bagian-bagian yang halus dari tanah dengan

indeks plastik sebesar 11 atau lebih.

6

3. Apabila batuan ( ukurannya lebih besar dari 75 mm) ditemukan didalam contoh tanah

yang akan ditentukan klasifikasi tanahnya, maka batuan-batuan tersebut harus dikeluarkan

terlebih dahulu. Tetapi persentase dari batuan yang dikeluarkan tersebut harus dicatat.

Gambar 2.2 menunjukkan suatu gambar dari senjang batas cair (LL) danindeks plastisitas

(PI) untuk tanah yang masuk ke dalam kelompok A-2, A-4, A-5, A-6, dan A-7.

* Untuk A-7-5, PI < LL - 30

ϯ Untuk A-7-6, PI > LL – 30

Gambar 2.1 Klasfikasi tanah AASHTO

Sumber: Das (1985)

7

Gambar 2.2 Rentang (Range) dari Batas Cair (LL) dan Indeks Plastisitas (PI) untuk

Tanah dalam Kelompok A-2, A-4, A-5, A-6, dan A-7

Sumber : Hardiyatmo (2010, p.66).

Untuk mengevaluasi lebih lanjut tanah-tanah dalam kelompoknya maka digunakan

GI atau indeks kelompok (group index). Indeks kelompok dihitung dengan persamaan:

GI = (F – 35)[0,2 + 0,005 (LL – 40] + 0,01 (F – 15) (PI – 10)....................................(2-1)

dengan:

GI = indeks kelompok (group index)

F = persen butiran lolos saringan No. 200 (0,075 mm)

LL = batas cair

PI = indeks plastisitas

Pada umumnya, kualitas tanah yang digunakan untuk bahan tanah dasar dapat

dinyatakan sebagai kebalikan dari harga indeks kelompok. Bila nilai indeks kelompok (GI)

semakin tinggi maka semakin berkurang ketepatan penggunaan tanahnya. Tanah granuler

diklasifikasikan ke dalam klasifikasi A-1 sampai dengan A-3. Tanah A-1 adalah material

8

granuler yang bergradasi baik, sedang A-3 adalah pasir bersih yang bergradasi buruk.

Tanah A-2 termasuk tanah granuler (kurang dari 35% lewat saringan no. 200), tetapi masih

terdiri atas lanau dan lempung. Tanah berbutir halus diklasifikasikan dari A-4 sampai A-7,

yaitu tanah lempung-lanau.

2.1.2. Sistem Klasifikasi Unified

Sistem Klasifikasi Unified diberikan dalam Tabel 2.2. Sistem ini mengelom-

pokkan tanah ke dalam dua kelompok besar, yaitu:

1. Tanah berbutir kasar (coarse-grained-soil), yaitu: tanah kerikil dan pasir dimana kurang

dari 50% berat total contoh tanah lolos ayakan No.200. Simbol dari kelompok ini

dimulai dengan huruf awal G atau S. G adalah untuk kerikil (gravel) atau tanah

berkerikil dan S adalah untuk pasir (sand) atau tanah berpasir.

2. Tanah berbutir halus (fine-granied-soil), yaitu tanah dimana lebih dari 50% berat total

contoh tanah lolos ayakan No.200. Simbol dari kelompok ini dimulai dengan huruf awal

M untuk lanau (silt) anorganik, C untuk lempung (clay) anorganik, dan O untuk lanau-

organikdan lempung-organik.Simbol PT digunakan untuk tanah gambut (peat), muck,

dan tanah-tanah lain dengan kadar organik yang tinggi.

Klasifikasi tanah berbutir halus dengan simbol ML, CL, OL, MH, CH, dan OH

didapat dengan cara menggambar batas cair dan indeks plastisitas tanah yang bersangkutan

pada bagan plastisitas (Casagrande, 1948) yang diberikan dalam Gambar 2.3. Garis

diagonal pada bagan plastisitas dinamakan garis A yang diberikan dalam persamaan:

PI = 0,73 (LL - 20)...........................................................................................................(2-2)

9

* Menurut ASTM (1982)

ϯ Berdasarkan tanah yang lolos ayakan 75 mm (3 in)

Gambar2.3 Tabel Sistem Klasifikasi Unified

Sumber: Das (1985)

10

Gambar 2.4 Lanjutan Tabel Sistem Klasifikasi Unified

Sumber: Das (1985)

2.1.3. Perbandingan Sistem Klasifikasi AASTHO dan Unified

Kedua sistem klasifikasi, AASHTO dan Unified, adalah didasarkan pada tekstur

danplastisitas tanah. Juga, kedua sistem tersebut membagi tanah dalam dua kategori

pokok,yaitu: berbutir kasar (coarse-grained) dan berbutir halus (fine-grained), yang

dipisahkan oleh ayakan No. 200. Menurut sistem AASHTO, suatu tanah dianggap sebagai

tanah berbutir halus bilamana lebih dari 35% lolos ayakan No. 200. Menurut sistem

Unified, suatu tanah dianggap sebagai tanah berbutir halus apabila lebih dari 50% lolos

11

ayakan No. 200. Suatu tanah berbutir kasar yang mengandung kira-kira 35% butiran halus

akan bersifat seperti material berbutir halus. Hal ini disebabkan karena tanah berbutir halus

jumlahnya cukup banyak untuk mengisi pori-pori antar butir-butir kasar dan untuk

menjaga agar butiran kasar berjauhan satu terhadap yang lain. Dalam hal ini, sistem

AASHTO adalah lebih cocok.

Dalam sistem AASHTO, ayakan no. 10 digunakan untuk memisahkan antara

kerikil dan pasir; dalam sistem Unified, yang digunakan adalah ayakan No. 4.Dari segi

batas ukuran pemisahan tanah, ayakan No. 10 adalah lebih dapat diterima untuk dipakai

sebagai batas atas dari pasir. Dalam sistem Unified, tanah berkerikil dan berpasir

dipisahkan dengan jelas, tapi dalam sistem AASHTO tidak. Kelompok A-2 berisi tanah-

tanah yang bervariasi. Tanda-tanda seperti GW, SM, CH, dan lain-lain yang digunakan

dalam sistem Unified menerangkan sifat-sifat tanah lebih jelas daripada simbol yang

digunakan dalam sistem AASHTO.

Klasifikasi tanah organik seperti OL, OH, dan PT telah diberikan dalam sistem

Unified, tapi sistem AASHTO tidak memberikan tempat untuk tanah organik.

2.2 Bendungan Tipe Urugan

Definisi bendungan menurut SNI 03-1731 adalah setiap penahan buatan, jenis

urugan atau jenis lainnya yang menampung air atau dapat menampung air baik secara

alamiah maupun buatan, termasuk fondasi, ebatmen, bangunan pelengkap dan

peralatannya. Sedangkan bendungan yang terbuat dari bahan urugan dari borrow area yang

dipadatkan dengan menggunakan vibrator roller atau alat pemadat lainnya pada setian

hamparan dengan tebal tertentu kemudian disebut sebagai bendungan tipe urugan.

Bendungan urugan digolongkan dalam tipe homogen apabila bahan yang

membentuk tubuh bendungan tersebut terdiri dari tanah yang hamper sejenis dengan

klasifikasi hampir homogen (dari borrow area) dan dipadatkan secara mekanik dengan

menggunakan vibrator roller atau alat pemadat lainnya pada setian hamparan dengan tebal

tertentu.

12

Gambar 2.5 Tabel Tipe Bendungan Urugan

Sumber: SNI T-01-2002

Desain bendungan tipe urugan harus mempertimbangkan persyaratan berikut ini:

1. Aman terhadap bahaya erosi permukaan pada waktu terjadi banjir, akibat pelimpahan,

air hujan atau gelombang air waduk, dan muka air maksimum.

2. Aman terhadap tekanan air tanpa menimbulkan rembesan atau kerusakan akibat gaya

perembesan air.

3. Aman terhadap keruntuhan structural.

4. Aman terhadap bangunan dan lingkungan di sekitarnya, serta dapat menjaga ekologi

dan lingkungan.

Desain bendungan tipe urugan harus memperhitungkan konstruksi pengendali

rembesan air. Sebagai contoh dindinghalang (cut off) pada fondasi, zona kedap air yang

tidak kaku, zona transisi, lapisan drainase horisontal, selimut kedap air horisontal disebelah

udik dan sumur pelepas tekanan (relief wells). Selain itu, juga diperlukan pengendalian

yang ketat terhadap pemadatan tanah, kadar air tanah, homogenitas bahan urugan dan

pemasangan instalasi drainase.

Hal-hal khusus yang harus dipertimbangkan antara lain kemungkinan peningkatan

tekanan air pori pada material fondasi, yang berlapis-lapis, dan bagian bendungan yang

paling lemah di kaki lereng hilir. Dalam hal ini tegangan yang bekerja pada fondasi relatif

sangat kecil, sehingga tegangan efektifnya juga sangat kecil karena adanya rembesan air.

13

Oleh karena itu, kuat geser tanah pada kaki hilir bendungan akan menurun akibat

peningkatan tekanan air pori.

Peningkatan tegangan tarik pada bendungan dipengaruhi oleh dua hal yaitu

geometri fondasi atau ebatmen dan perbedaan sifat tegangan dan regangan dari bahan

timbunan yang digunakan. Hal ini dapat dianalisis dengan menggunakan cara elemen

hingga (finite element). Untuk mencegah terjadinya retakan pada urugan dapat ditempuh

langkahlangkah sebagai berikut ini:

1. Pada waktu pemadatan , urugan harus selalu disiram air.

2. Pemadatan urugan batu harus dilakukan mencapai kepadatan relatif yang cukup

tinggi (>70%) agar dapat mengurangi pengaruh penjenuhan.

3. Pemadatan material inti harus dilaksanakan pada kadar air yang tidak terlalu kering

(>OMC-1%) dan berat volume tertentu, agar tidak terjadi proses konsolidasi waktu

penjenuhan yang dapat menyebabkan retakan.

4. Mengendalikan rembesan air akibat retakan dapat dikontrol dengan menempatkan

system drainase transisi atau filter yang tebal.

Hal-hal yang harus diperhatikan dalam desain adalah seperti berikut ini:

1. Bahan urugan yang digunakan adalah bahan yang kedap air atau semi kedap air yang

mengandung banyak butiran halus. Bendungan biasanya di desain dengan lereng

landai, sehingga membutuhkan volume bahan lebih banyak dibandingkan dengan

bendungan tipe lainnya. Namun hal ini masih menguntungkan,karena untuk bendungan

rendah mudah pelaksanaannya.

2. Garis freatik pada bendungan tipe urugan homogen biasanya memotong lereng hilir

pada saat air waduk mencapai elevasi tinggi. Untuk menurunkan garis freatik ini, perlu

dipasang sistim drainase. Sistim drainase ini berfungsi untuk mencegah erosi buluh,

penurunan lokal atau keruntuhan pengaruh gaya perembesan air, dan harus didesain

memenuhi kriteria filter. Jenis-jenis sistim drainase yang dapat dipilih yaitu :

a. Sistim drainase kaki (toe drain) biasanya dibuat pada kaki hilir bendungan.

b. Sistim drainase horisontal biasanya dibuat horisontal dalam tubuh bendungan.

c. Sistim drainase vertikal (chimney drain) biasanya lebih komplek dibandingkan

sistim drainase di atas dan terdiri dari bagian vertikal dan bagian horisontal; bagian

vertikal berfungsi sebagai penyerap (interseptor).

d. Sistim drainase kombinasi merupakan sistim drainase kombinasi a), b) dan c).

Pemasangan sistim drainase kaki atau horisontal hanya digunakan untuk bendungan

tinggi kurang dari 25 meter. Untuk bendungan dengan tinggi 25 meter keatas, dipilih

14

drainase vertikal dan harus dipasang mulai dari pusat bendungan. Hal ini untuk

menurunkan garis freatik secara cepat. agar tekanan air pori berkurang. Bila tekanan air

pori diperkirakan akan meningkat sangat tinggi waktu konstruksi, maka dipilih sistim

drainase kombinasi dengan tebal 0,50-1,00m dan interval setiap 10,00-15,00m.

3. Lebar inti kedap air mempengaruhi kestabilan lereng dan biasanya dipilih sesuai

dengan perbandingan antara harga dan bahan yang tersedia dilapangan. Pada umumnya

lebar inti atau lebar parithalang rembesan air didasar fondasi dapat diambil sama atau

lebih besar dari seperempat perbedaan tinggi “head” (Beda tinggi muka air maksimum

waduk dengan tinggi muka air hilir bendungan). Lebar puncak inti bendungan dapat

diambil minimal 3,0 m , sedangkan lebar maksimumnya tergantung pada kestabilan

bahan urugan yang digunakan.

4. Di lapangan sering sekali ditemukan bahan urugan tidak homogen dengan koefisien

permeabilitas yang bervariasi dan tersedia dalam jumlah yang cukup banyak. Agar

bahan urugan ini dapat digunakan tanpa proses atau pencampuran awal, maka tubuh

bendungan harus dilengkapi dengan drainase vertikal dan horizontal. Drainase ini

berfungsi mengatur rembesan air disebelah hilir bendungan.

5. Hempasan ombak, dan penurunan mendadak permukaan air waduk dapat menggerus

permukaan lereng udik bendungan. Guna pengamanannya diperlukan suatu hamparan

pelindung dengan konstruksi yang bervariasi diantaranya hamparan batu pelindung (rip

rap), hamparan batu kosong pelindung dan hamparan aspal/beton pelindung. Hamparan

batu pelindung (rip rap) dianggap merupakan yang paling baik dengan karakteristiknya

sebagai berikut:

a. Dapat mengikuti proses penurunan bendungan.

b. Mempunyai daya reduksi besar terhadap jangkauan hempasan ombak , sehingga

tinggi jagaan dapat dikurangi.

c. Ketahanan tinggi di bawah tekanan air.

d. Pembiayaan paling rendah, terutama bila tempat penggalian bahan batu tidak jauh

letaknya.

Beberapa hal penting yang perlu diperhatikan dalam merencanakan konstruksi

pelindung lereng udik adalah sebagai berikut:

a. Kualitas bahan harus cukup mampu bertahan (tidak pecah) terhadap gilasan alat-

alat pemadat, kekuatan hempasan ombak dan pengaruh-pengaruh penggantian

kondisi basah/kering secara terus menerus.

15

b. Bahan urugan batu harus mempunyai dimensi serta berat yang memadai, agar tidak

dapat digerakkan oleh gaya hempasan ombak.

c. Konstruksi pelindung harus mempunyai tebal tertentu, sehingga ombak di atas

permukaan waduk tidak dapat menyentuh material urugan secara langsung.

6. Pelindung lereng hilir biasanya dimaksudkan untuk melindungi permukaan lereng

terhadap erosi dan terhadap pengaruh-pengaruh cuaca lainnya seperti radiasi sinar

matahari dan temperatur rendah. Pada bendungan yang tinggi dibuat satu atau beberapa

berm membujur hampir datar pada permukaan lereng. Hal ini untuk memperkecil

lintasan langsung aliran air hujan diatas permukaan lereng dan sekaligus dapat

meningkatkan stabilitas lereng hilir. Disamping itu, pada permukaan lereng di atas

berm, biasanya dibuatkan beberapa jalur saluran drainase penangkap aliran air hujan,

membujur sejajar dengan berm dengan jarak antara 10 m. Dari saluran-saluran drainase

tersebut, air hujan dialirkan ke dalam selokan yang dibuat pada berm dan selanjutnya

dialirkan ke saluran pembuangan utama keluar dari daerah tubuh bendungan.

2.2.1 Timbunan Bendungan Urugan

2.2.1.1 Tanah

Yang dimaksud dengan tanah disini adalah semua material termasuk batuan lapuk

yang mudah pecah waktu pengangkutan atau pemadatan. Hampir setiap jenis tanah yang

ditemukan disekitar lokasi dapat digunakan sebagai bahan urugan tanah. Kecuali tanah

yang mengandung bahan organik lebih dari 5%, bahan yang mudah larut atau mengandung

mineral montmorilonit dalam prosentase tinggi (ekspansif) dan tidak termasuk lempung

dispersif (SNI 03-3405-1994).

Bila tanah berbutir halus yang tersedia ditempat pemadatan mempunyai kadar air

pemadatan berkisar antara kadar air optimum kurang 1% (OMC-1%) sampai kadar air

optimum ditambah 3% (OMC+3%), maka dapat digunakan sebagai bahan urugan.

2.2.1.2 Lempung

Di daerah tropis seperti Indonesia, umumnya tanah lempung mempunyai kadar air

asli melampaui beberapa persen (>5%) terhadap kadar air optimumnya, sehingga

pemadatan tidak selalu dapat dilakukan mengikuti prosedur standar (OMC-1% < wlap <

OMC+3%). Pemadatan tanah ini dapat dilakukan dalam keadaan basah yaitu pada

OMC+3%. Namun bila diberi beban maka tekanan air pori mudah meningkat. Pengeringan

tanah biasanya sulit dilakukan, karena setelah dipadatkan kadar air tanah kembali ke kadar

air aslinya sebelum pengeringan. Jenis tanah yang kadar airnya kurang dari OMC-1% perlu

dibasahi sebelum pemadatan. Pemadatan harus mencapai derajat kepadatan D90 92%. Juga

dipersyaratkan untuk bahan kedap air mempunyai koefisien permeabilitas k90 10-5 cm/s.

16

Pada waktu pengeringan tanah lempung yang tinggi derajat penyusutannya harus ditutup

plastik, agar tidak terjadi evaporasi. Tanah lempung tidak boleh digunakan sebagai bahan

urugan bila berhubungan dengan konstruksi beton atau pasangan batu, kecuali pada lapisan

kedap air dari bendungan tipe urugan. Urugan tanah yang dipadatkan secara baik dengan

berat volume tinggi mempunyai kuat geser tinggi dan kompresibilitas rendah.

2.3 Pengujian Kadar Air (SNI 1965:2008)

Kadar air merupakan perbandingan antara berat air yang terkandung dalam tanah

dengan berat tanah tersebut dalam persentase. Pengujian ini dimaksudkan untuk

mengetahui berapa kadar air yang terkandung dalam sampel tanah yang digunakan.

Alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian kadar air sebagai berikut:

- Neraca dengan ketelitian 0,001 gram

- Oven

- Cawan dalam kondisi bersih, kedap udara dan tidak berkarat dengan ukuran cukup

(cawan terbuat dari alumunium) sebanyak 3 buah

Prosedur pengujian yang dilakukan sebagai berikut:

1. Timbang masing-masing berat cawan yang digunakan dan tandailah masing-masing

cawan (“A” untuk sampel pertama, “B” untuk sampel kedua dan “C” untuk sampel

ketiga).

2. Isi masing-masing cawan dengan tanah secukupnya lalu ditimbang dan dicatat

beratnya.

3. Keringkan tanah ke dalam oven selama ±24 jam atau sampai sampel tanah mencapai

berat konstan.

4. Keluarkan sampel dari oven, ditimbang dan dicatat beratnya.

2.3.1 Uji Karakteristik Dasar Tanah

Metode ini bertujuan untuk menentukan distribusi butir sampel tanah. Umumnya

dibagi menjadi dua bagian yaitu analisis ayakan (sieve analysis) dan analisis hidrometer.

2.3.2 Analisis Ayakan (SNI 1968-1990-F)

Alat dan bahan dalam melakukan pengujian ini sebagai berikut:

- 1 set ayakan dengan ukuran lubang 1,5”, 1”, 0,75”, 0,375”, No. 4 (4,750 mm), No. 8

(2,360 mm), No. 30 (0,600 mm), No. 50 (0,300 mm), No. 100 (0,150 mm) dan No. 200

(0,075 mm).

- Neraca dengan ketelitian 0,2% benda uji

- Oven

- Mesin penggetar ayakan (sieve shaker)

http://kampungtekniksipil.blogspot.com/2015/08/analisis-saringan-sieve-analysis-sni.html

17

- Talam

- Sendok/skop/alat lain yang bias digunakan untuk mengambil butiran tanah tertahan di

tiap saringan sebelum ditimbang

Prosedur pengujian dilakukan sebagai berikut:

1. Ambil sampel tanah secukupnya lalu keringkan dengan oven selama ±24 jam

2. Keluarkan tanah yang sudah kering dari oven, bagi menjadi 3 sampel dengan berat

masing-masing 500 gram

3. Ayak sampel tanah selama 15 menit dengan susunan dari ayakan dengan lubang paling

besar sampai paling kecil dengan pan pada urutan paling bawah.

4. Sampel tanah yang tertahan di tiap-tiap ayakan ditimbang beratnya.

2.3.3 Analisis Hidrometer (SNI 3423:2008)

Tujuan dari pengujian ini untuk menentukan pembagian ukuran butiran tanah

berbutir halus yang lolos ayakan No.200 dengan alat dan bahan sebagai berikut:

1. Oven

2. Ayakan No. 10, No. 20, No. 40, No. 80, No. 100 dan No. 200

3. Hydrometer dengan skala konsentrasi ( 5 – 60 gram per liter)

4. Tabung-tabung gelas ukuran kapasitas 1000 ml.

5. dengan diameter ± 6,5 cm

6. Thermometer kapasitas 0 – 50º C denga ketelitian 0,10º C

7. Pengaduk mekanis dan mangkuk disperse (mechanical stirrer)

8. Neraca kapasitas 200 gram dengan ketelitian 0,01 gram

9. Oven yang dilengkapi pengaturan suhu untuk memanasi sampai 110º C

10. Tabung-tabung ukuran 50 ml dan 100 ml

11. Batang pengaduk dari gelas

12. Stopwatch

Prosedur Pengujian dilakukan sebagai berikut:

1. Sampel tanah ditumbuk, kemudian diayak hingga lolos saringan No.200, sampel yang

lolos saringan No.200 diambil sebanyak 50 gram kemudian dicampur dengan 100 ml

larutan NaOH 10% kemudian didiamkan selama 24 jam.

2. Setelah direndam selama 24 jam, campuran ditambah larutan H2O3 3% kemudian

dimikser

3. Kemudian larutan dicampur air sampai 1000 ml

4. Tutup rapat-rapat mulut lubang dengan telapak tangan dan kocoklah dengan mendatar

sampai tercampur

18

5. Setelah dikocok letakkan gelas ukur ditempat yang datar kemudian masukkan

hydrometer

6. Biarkan hydrometer terapung bebas dan tekanlah stopwatch

7. Catatlah angka skala pada hydrometer pada rentang waktu ½, 1, dan 2 menit dan ukur

suhunya

8. Sesudah pembacaan di menit kedua, angkatlah hydrometer dan cuci dengan

menggunakan air, lakukan pembacaan di menit berikutnya dengan prosedur yang sama

dengan interval waktu 5, 15, 30 menit, 1, 4 dan 24 jam.

Analisa hydrometer didasarkan pada prinsip sedimentasi (pengendapan) butir-

butir tanah dalam air. Bila suatu contoh tanah dilarutkan dalam air, partikel-partikel tanah

akan mengendap dengan kecepatan yang berbeda-beda tergantung pada bentuk, ukuran,

dan beratnya.

2.3.4 Liquid Limit test (SNI 1967:2008)

Liquid limit test bertujuan untuk menentukan kadar air suatu tanah pada keadaan

batas cair. Batas cair adalah kadar air batas dimana suatu tanah berubah dari keadaan cair

menjadi plastis.

Adapun alat dan bahan sebagai berikut:

- Alat liquid limit standart.

- Pembuat alur, atau grooving tool.

- Mangkok porselen atau sejenis mangkok untuk mengaduk, dengan diameter sekitar 115

mm.

- Batang pengaduk atau pisau batangan yang memiliki mata pisau dengan panjang

sekitar 75 mm dan lebar sekitar 20 mm.

- Cawan.

- Cawan harus terbuat dari material yang tahan terhadap korosi dan massanya tidak akan

berubah atau hancur akibat pemanasan dan pendinginan yang terus menerus. Cawan

harus memiliki penutup yang rapat/pas agar tidak terjadi perubahan kadar air benda uji

sebelum penimbangan awal dan juga untuk mencegah penyerapan air dari udara

terbuka sebelum proses pengeringan dan penimbangan akhir. Satu cawan diperlukan

untuk menentukan kadar air satu benda uji.

- Timbangan.

- Oven.

- Tanah (benda uji)


19

1. Campur tanah dengan air sampai homogen.

2. Masukkan dalam mangkok dan ratakan permukaan tanah.

3. Buat alur dengan alat pembuat alur (grooving tool).

4. Putar alat sampai mangkok pada alat bergerak naik-turun sampai dasar alur benda uji

bersinggungan sepanjang + 1,25 cm dan catat jumlah ketukan pada waktu

bersinggungan.

5. Ambil sedikit benda uji untuk pemeriksaan kadar air.

6. Ulangi pekerjaan tersebut dengan kadar air yang berbeda sampai beberapa kali.

7. Buat grafik hubungan antara kadar air dengan jumlah ketukan. Jumlah ketukan sebagai

sumbu mendatar dengan skala logaritma dan kadar air sebagai sumbu tegak dengan

skala biasa.

8. Tentukan besarnya kadar air pada jumlah ketukan ke-25, kadar air inilah yang

merupakan batas cair (Liquid limit) dari benda uji tersebut.

Hasil-hasil yang diperoleh berupa jumlah pukulan dan kadar air dari tiap-tiap test

kemudian digambarkan pada kertas semi-log. Jumlah pukulan pada sumbu datar dengan

skala logaritma sedang besarnya kadar air pada sumbu tegak dengan skala biasa. Garis

yang menghubungkan titik-titik tersebut merupakan suatu garis lurus yang dinamakan flow

curve. Dari garis lurus tersebut ditentukan kadar air pada pukulan ke-25, harga dari kadar

air pada pukulan ke-25 dinamakan batas cair atau liquid limit dari tanah yang diuji,

sedangkan kemiringan dari flow curve dinamakan flow index (FI).

2.3.5 Plastic Limit test (SNI 1966:2008)

Pengujian ini bertujuan untuk menentukan kadar air suatu tanah pada keadaan

batas plastis. batas plastis adalah kadar air minimum dimana suatu tanah dalam keadaan

plastis.

Alat dan bahan yang digunakan adalah sebagai berikut:


mm.



- Batang pembanding dengan diameter 3 mm dan panjang 100 cm.

- Permukaan untuk menggeleng.

- Landasan untuk menggeleng benda uji adalah plat kaca yang sesuai dengan standart

ASTM.

- Timbangan.

20

- Oven.

- Tanah (benda uji)

Prosedur Pengujian yang dilakukan sebagai berikut:

1. Ambil 1,5 gram sampai dengan 2,0 gram massa tanah yang sudah homogen. Bentuk

bagian yang diambil menjadi bentuk bulat panjang.

2. Geleng-geleng tanah menjadi bentuk bulat panjang berdiameter 3 mm dengan

kecepatan 80 gelengan sampai dengan 90 gelengan per menit, dengan menghitung satu

gelengan sebagai satu gerakan tangan bolak balik hingga kembali ke posisi awal.

Apabila tanah hasil gelengan telah berdiameter 3 mm tetapi belum terjadi retakan,

maka tanah gelengan dibagi menjadi enam atau delapan potongan. Satukan dan remas

semua potongan dengan kedua tangan dan geleng kembali dengan telapak tangan

hingga membentuk bulat panjang. Untuk tanah lempung yang padat diperlukan tekanan

gelengan yang lebih besar, terutama pada kondisi mendekati batas plastisnya, tanah

tersebut digeleng hingga retak pada serangkaian bagian panjang dengan diameter 3

mm, dan masing-masing panjang sekitar 6 mm sampai dengan 9 mm.

3. Periksa kadar air batang tanah dan catat hasilnya.

2.3.6 Shrinkage Limit Test (SNI 3422:2008)

Apabila tanah lempung yang jenuh air (saturated) dikeringkan secara perlahan-

lahan, tanah tersebut akan kehilangan air yang dikandungnya dan akan terjadi penyusutan

volume dari massa tanah tersebut. Dalam proses pengeringan selanjutnya akan tercapai

suatu keadaan dimana pengeringan hanya akan menghasilkan pengurangan dari kadar air

saja tanpa adanya penambahan penyusutan lebih lanjut dari volume tanah. Kadar air

dimana tidak terjadi penambahan penyusutan dari tanah yang bersangkutan dinamakan

shrinkage limit.

Alat dan bahan yang digunakan sebagai berikut:

1. Mangkok shrinkage limit yang terbuat dari porselen atau monel.

2. Kaca datar dengan tiga paku.

3. Mangkok porselin.

4. Pisau spatula.

5. Gelas ukur.

6. Air raksa.

7. Mangkok peluberan

8. Timbangan dan oven


21

1. Ambil kira-kira 80-100 gram sisa benda uji liquid limit dengan hasil pukulan terakhir

antara 9-11 pukulan.

2. Lapisi mangkok shrinkage limit dengan vaselin yang tipis sekali, angina-anginkan

sebentar. Vaselin ini bertujuan untuk mengurangi rongga-rongga udara mengisi tanah

yang akan dimasukkan dalam mangkok shrinkage, karena sedikit celah udara akan

membuat hasil shrinkage pecah nantinya.

3. Isi penuh mangkok yang telah disiapkan dengan benda uji, pastikan tidak ada rongga

udara diantara benda uji dan mangkok. Ratakan permukaan tanah dari sisa-sisa tanah

yang menempel, pastikan bahwa tepi atas mangkok bersih dari tanah.

4. Tentukan berat mangkok dengan tanah di dalamnya.

5. Angin-anginkan tanah yang ditaruh di dalam mangkok shrinkage tersebut kira-kira

selama 24 jam sampai tanah tidak menempel pada tepi mangkok, lama waktu

tergantung pada jenis tanah yang diuji. Semakin liat tanah yang diuji, diperlukan

semakin lama waktu untuk membiarkan tanah tersebut lepas dari tepi mangkok.

6. Letakkan mangkok beserta tanahnya ke dalam oven.

7. Tentukan berat mangkok+tanah setelah dioven.

8. Untuk menentukan volume shrinkage limit, tuangkan air raksa ke dalam mangkok

berisi tanah dan ratakan menggunakan kaca datar dengan tiga paku sampai penuh dan

tidak ada lagi air raksa yang tumpah dari mangkok.

9. Keluarkan tanah secara perlahan dan hitung volume air raksa di dalam mangkok

dengan menggunakan gelas ukur.

2.3.7 Spesific Gravity Test (SNI 1964:2008)

Tujuan pengujian berat jenis (spesific gravity) adalah untuk mengetahui

perbandingan antara berat butir tanah dengan volume butir tanah tersebut pada suhu

tertentu.


1. Picnometer

2. Saringan no. 10 (2mm)

3. Termometer

4. Air suling

5. Mesin vacum

6. Botol air

7. Timbangan ketelitian 0,01 gr

8. Talam aluminium

22

9. Tanah


1. Saringlah bahan yang akan diperiksa dengan saringan no.10

2. Benda uji dalam keadaan kering oven + 20 gram, masukkan ke dalam picnometer.

3. Timbang berat picnometer dan benda uji.

4. Masukkan air suling kedalamnya hingga dua per tiga picnometer dan didihkan.

5. Angkat setelah mendidih.

6. Masukkan picnometer ke dalam desikator dan isi dengan air sampai penuh kemudian

picnometer ditutup, diamkan sampai suhu konstan.

7. Keringkan picnometer dengan lap dan timbang beratnya

Berat jenis dihitung dengan menggunakan rumus

, akan tetapi karena

faktor kalibrasi akibat suhu maka dibutuhkan tabel unit weight, koreksi dan viscocity water

untuk menentukan nilai koreksi yang akan digunakan sebagai pengali terhadap nilai SG.

Berat jenis dari berbagai jenis tanah berkisar antara 2,65 sampai 2,75. Nilai berat

jenis Gs = 2,67 biasanya digunakan untuk tanah-tanah tak berkohesif. Sedang untuk tanah

kohesif tak organik berkisar di antara 2,68 sampai 2,72. Nilai-nilai berat jenis dari berbagai

jenis tanah diberikan dalam Tabel 2.1

Tabel 2.1

Nilai Macam Jenis Tanah

Macam Tanah Berat Jenis (Gs)

Kerikil

2,65-2,68

Pasir

2,65-2,68

Lanau Anorganik 2,65-2,68

Lempung Organik 2,58-2,65

Lempung Anorganik 2,68-2,75

Humus

1,37

Gambut 1,25-1,80

Sumber: Hardiyatmo (1992)

2.3.8 Standart Proctor Test (SNI 1742:2008)

Pemadatan tanah berarti memperkecil volume pori dari suatu tanah atau

memperbesar berat volume tanah. Selama proses pemadatan, volume air akan

menyebabkan butir-butir tanah mudah untuk bergerak satu terhadap yang lain ke dalam

posisi yang lebih padat, hal ini dikarenakan air bekerja sebagai pelumas antara butir-butir

tanah. Tetapi penambahan air akan menghasilkan keadaan yang berbeda, yaitu harga γd

menurun, apabila suatu kadar air optimum telah dilampaui oleh tanah tersebut. Keadaan ini

disebabkan karena tanah tidak lagi bekerja sebagai peluas antara butir-butir, tetapi justru

23

mengambil alih tempat-tempat yang pada mulanya ditempati oleh butir tanah. Oleh karena

itu dapat disimpulkan bahwa pada tahap pertama dari tes pemadatan nilai γd (volume

kering) semakin bertambah dan setelah melampaui kadar air optimum tanah, nilai γd akan

menurun.Tingkat atau derajat kepadatan suatu tanah dapat dilihat dari nilai γd dari tanah

yang dipadatkan, makin besar γd makin padat tanah tersebut.


1. Cetakan besi berbentuk silinder (mold).

2. Penumbuk.

3. Timbangan.

4. Oven.

5. Lengser besar dan cawan

6. Penggaris besi dengan pinggiran lurus.

7. Ayakan ukuran 4,75 mm.


1. Ambil tanah yang sudah diangin-anginkan sebanyak + 2,5 kg dan ayak menggunakan

ayakan 4,75 mm.

2. Tambahkan air pada tanah yang sudah diayak hingga mencapai kadar air yang

diinginkan, penambahan air dilakukan sedikit demi sedikit agar air merata ke seluruh

bagian benda uji.

3. Tentukan berat dari cetakan mold, kemudian pasang mold dan silinder perpanjangan di

bagian atasnya.

4. Masukkan tanah yang telah dicampur dengan air ke dalam tiga lapisan yang sama

tebalnya. Tiap lapisan harus dipadatkan dengan standart proctor hammer sebanyak 25

kali. Tanah lepas yang ditaruh di dalam cetakan untuk lapisan terakhir harus

sedemikian tinggi sehingga apabila dipadatkan, bagian atas dari permukaan tanah

masih lebih tinggi dari silinder perpanjangan.

5. Lepaskan silinder perpanjangan yang disambung pada bagian atas cetakan.

6. Ratakan permukaan tanah di atas cetakan dengan penggaris besi secara perlahan dan

sedikit demi sedikit hingga permukaan tanah yang dipadatkan menjadi sama tinggi

dengan permukaan cetakan tersebut.

7. Tentukan berat dari mold+tanah yang sudah dipadatkan.

8. Lepaskan tanah dari mold.

9. Ambil sedikit tanah dari contoh tanah yang baru dikeluarkan dari mold untuk dihitung

kadar airnya.

24

2.3.8.1 Uji Permeabilitas Tanah

Uji permeabilitas tanah dilakukan dengan falling head test.

Falling Head Test

Falling head test bertujuan untuk menentukan nilai koefisien permeabilitas tanah

berbutir halus. Tanah terdiri dari butir-butir padat dan pori-pori (rongga) yang saling

berhubungan satu sama lain. Melalui proi-pori tersebut, air di dalam tanah dapat mengalir

dengan mudah dari tempat yang mempunyai energi lebih tinggi ke tempat yang

mempunyai energi yang lebih rendah.


1. Falling head permeameter

2. Timbangan

3. Termometer

4. Stopwatch

5. Oven


1. Tentukan berat dari tabung tempat contoh tanah.

2. Pasang karet penutup pada bagian bawah dari tabung dan letakkan batu pourus di

atasnya.

3. Masukkan contoh tanah ke dalam tabung sedikit demi sedikit dan padatkan dengan

penumbuk, dan timbang contoh tanah+tempatnya. Kemudian letakkan batu pourus di

atasnya.

4. Pasang pir dan karet penutup di atas batu pourus, pir disini digunakan untuk mencegah

terjadinya perubahan volume dari contoh tanah selama test.

5. Alirkan air melalui pipa plastik ke dalam biurette, dan pastikan bahwa tidak ada

kebocoran dan gelembung yang teringgal pada pipa.

6. Biarkan air mengalir melalui conoth tanah guna membuat tanah yang diuji cukup

basah.

7. Ukur perbedaan tinggi antara permukaan air di dalam biurette dengan dasar contoh

tanah, lakukan berulang kali hingga nilai k konstan.

8. Catat temperatur dari air yang digunakan untuk test.

2.4 Permeabilitas

Permeabilitas didefinisikan sebagai sifat bahan berongga yang memungkinkan air

atau cairan lainnya untuk menembus atau merembes melalui hubungan antar pori. Bahan

yang mempunyai pori-pori kontinu disebut dapat tembus (permeable). Kerikil mempunyai

25

sifat dapat tembus yang tinggi sedangkan lempung kaku mempunyai sifat dapat tembus

yang rendah dan karena itu lempung disebut tidak dapat tembus (impermeable) untuk

semua tujuan pekerjaan yang berhubungan dengan tanah tersebut.

Di dalam tanah, sifat aliran dapat terjadi secara laminar atau turbulen. Tahanan

terhadap aliran bergantung pada jenis tanah, ukuran butiran, bentuk butiran dan rapat masa,

serta bentuk geometri rongga pori. Temperatur juga sangat mempengaruhi tahanan aliran

(kekentalan dan tegangan permukaan). Istilah mudah meloloskan air (permeable)

dimaksudkan untuk tanah yang benar-benar mempunyai sifat meloloskan air. Sebaliknya,

tanah disebut kedap air (impermeable) bila tanah tersebut mempunyai kemampuan

meloloskan air yang kecil.

2.4.1 Garis Aliran

Aliran air yang melewati suatu kolom tanah diperlihatkan dalam gambar 2.6.

Masing-masing partikel air bergerak dari ketinggian A ke ketinggian B melalui lintasan

yang berkelok-kelok (ruang pori) diantara butiran padatnya. secara teoritis, kecepatan laju

air bervariasi yang bergantung dari ukuran dan konfigurasi rongga pori. Sedangkan dalam

prakteknya, tanah dianggap sebagai suatu kesatuan dan tiap partikel dianggap bergerak

melewati lintasan lurus yang disebut garis aliran.

Gambar 2.6 Aliran air tanah

Sumber: Hardiyatmo (2010, p.156).

2.4.2 Aliran Air dalam Tanah

Hukum pengaliran air melalui tanah pertama kali dipelajari oleh Darcy (1856)

yang rnendemonstrasikan percobaannya untuk aliran laminer dalam kondisi tanah jenuh.

Kecepatan aliran dan kuantitas/debit air per satuan waktu adalah proporsional dengan

gradien hidrolik. Aliran air arah horizontal yang melewati tabung berisi tanah digambarkan

pada Gambar 2.7.

26

Gambar 2.7 Aliran rembesan dalam tanah

Sumber: Hardiyatmo (2010, p.158)

Ketinggian air di dalam pipa piezometer menunjukkan tekanan air pada titik

tersebut. Tekanan air pada titik tertentu dapat dinyatakan dengan persamaan umum:

p = ᵞw . h........................................................................................................................(2-3)

dengan demikian tinggi energi tekanan (pressure head) pada titik-titik Adan B adalah:

....................................................................................................(2-4)

dengan:

p = tekanan (t/m2)

hA dan hB = tinggi energi tekanan (m)

ᵞw = berat volume air (t/m3, kN/m

3)

Tekanan air pori biasanya diukur terhadap tekanan atmosfir relatif. Ketinggian air

dengan tekanan atmosfir nol didifinisikan sebagai permukaan air tanah atau permukaan

freatis. Kondisi artesis dapat terjadi jika lapisan tanah miring yang berpermeabilitas tinggi

diapit oleh dua lapisan tanah yang berpermeabilitas rendah.

Tekanan hidrostatis bergantung pada kedalaman suatu titik di bawah muka air

tanah. Untuk mengetahui besar tekanan air pori, teori Bernoulli dapat diterapkan. Menurut

Bernoulli, tinggi energi total (total head) pada suatu titik A dapat dinyatakan dengan

persamaan:

..............................................................................................................(2-5)

dengan:

h = tinggi energi total (total head) (m)

p/ᵞw = tinggi energi tekanan (pressure head) (m)

27

p = tekanan air (t/m2)

v2/2g = tinggi energi kecepatan (velocity head) (m)

v = kecepatan air (m/det)

w = berat volume air (kN/m3)

g = percepatan gravitas (m/det2)

z = tinggi elevasi (m)

Karena kecepatan rembesan di dalam tanah sangat kecil, maka tinggi energi

kecepatan (velocity head) dalam suku persamaan Bernoulli dapat diabaikan sehingga

persamaan tinggi energi total menjadi:

........................................................................................................................(2-6)

Jadi, tinggi energi total (h) sama dengan tinggi energi elevasi ditambah tinggi

energi tekanan pada titik tertentu yang ditinjau yaitu sama dengan jarak vertikal yang

diukur dari bidang referensi ke permukaan air dalam pipa.

Dari persamaan bernoulli, tinggi energi hilang antara 2 titik A dan B dinyatakn

dengan persamaan:

yang dapat dituliskan sebagai berikut:

..........................................................................................(2-7)

dengan dan adalah tinggi energi tekanan pada titik A dan B. Gradien hidrolik

(hydraulic gradient) (i) didefinisikan sebagai:

................................................................................................................................(2-8)

dengan L adalah jarak antara potongan A dan B. Nilai tinggi energi elevasi (z) diambil

positif bila titik yang ditinjau terletak diatas datum dan negatif bila dibawahnya. Jarak

vertikal antara elevasi piezometer di A dan B disebut tinggi energi hidrolik (hydraulic

head). Bila kecepatan aliran air dalam tanah nol, semua ketinggian air dalam pipa

piezometer akan menunjukkan elevasi yang sama dan berimpit dengan permukaan

horizontal air tanah. Bila terdapat aliran air tanah, ketinggian air dalam pipa piezometer

akan berkurang dengan jarak alirannya.

Darcy (1856) mengusulkan hubungan antara kecepatan dan gradient hidrolik

sebagai berikut:

q = k . I . A atau v = (q/A) = k . i...............................................................................(2-9)

dengan:

q = kuantitas air per satuan waktu

28

k = koefisien permeabilitas Darcy (cm/det)

i = gradien hidrolik

A = luas penampang tanah

v = kecepatana aliran (cm/det)

Dengan A= luas penampang pengaliran. Koefisien permeabilitas (k) mempunyai

satuan yang sama dengan satuan kecepatan cm/det atau mm/det, yaitu menunjukkan

ukuran tahanan tanah terhadap aliran air. Bila pengaruh sifat-sifat air dimasukkan, maka:

K (cm/det) = (Kρw . g) / μ..............................................................................................(2-10)

dengan:

K = koefisien absolut (cm2), tergantung dari sifat butiran tanah

ρw = rapat massa air (g/ cm3)

μ = koefisien kekentalan air (g/cm.det)

g = percepatan gravitasi (cm/det2)

Kecepatan air berdasarkan Persamaan (2-8) dihitung berdasarkan luas kotor

penampang tanah karena air hanya dapat mengalir lewat ruang pori, angka kecepatan nyata

rembesan lewat rongga tanah (vs) dinyatakan oleh persamaan:

............................................................................................................................(2-11)

atau,

............................................................................................................................(2-12)

dengan:

n = Vv /V adalah porositas dari tanah.

Beberapa kisaran nilai k berbagai jenis tanah ditunjukkan dalam Tabel 2.2.

dimana koefisien permeabilitas tanah biasanya dinyatakan pada temperatur 20o C.

Tabel 2.2

Harga-harga k untuk Berbagai Jenis Tanah

Jenis Tanah Koefisien Permeabilitas (cm/det.)

Kerikil bersih 1,0

Pasir kasar bersih 1,0 – 10-2

Pasir campuran lempung,

lanau 10

-2 – 5x10

-2

Pasir halus 5x10-2

– 10-3

Pasir kelanauan 2x10-3

– 10-4

Lanau 5x10-4

– 10-5

Lempung 10-6

– 10-9

Sumber: Das (1983)

29

2.5 Garis Freatis dan Perhitungan Debit Rembesan

Garis freatis (parabola rembesan) sebagai garis batas kejenuhan pada struktur

tubuh bendungan. Garis freatis akan memisahkan daerah yang mengalami rembesan

dengan daerah yang tidak mengalami rembesan. Garis ini dihubungkan oleh dua titik kritis,

titik yang pertama adalah titik pertemuan antara muka air banjir (MAB) dengan sisi hulu

bendungan, sedangkan titik yang kedua adalah titik setinggi garis miring yang disebut titik

a yang terletak di bagian hilir bendungan.

Perhitungan besar rembesan berdasarkan garis freatis dapat dilakukan dengan

beberapa metode, yaitu:

2.5.1 Metode Dupuit (1863)

Dupuit berasumsi bahwa gradient hidrolik i sebanding dengan kemiringan (slope)

permukaan bebas dan selalu konstan pada setiap kedalaman: i = (dz/dx).

..........................................................................................................(2-13)

Gambar 2.8 Hitungan Rembesan Metode Dupuit


2.5.2 Metode Schaffernak (1917)

Schaffernak menyatakan bahwa muka freatik membentuk garis ab pada gambar

2.5, dimana ab memotong hilir berjarak l dari dasar impermeabel.

30

Gambar 2.9 Hitungan Rembesan Metode Schaffernak

Sumber: Hardiyatmo (2010,p.269).

Rembesan per satuan panjang bendungan dapat ditentukan dengan memperhatikan

bentuk segitiga BCD dalam Gambar 2.4.

Debit rembesan

Luas aliran

Dari asumsi Dupuit, gradient hidrolik

, maka

.......................................................................................(2-14)

atau,

........................................................(2-15)

diperoleh

........................................................................................(2-16)

Setelah nilai a diketahui, debit rembesan dapat dihitung dengan persamaan

...........................................................................................................(2-17)

2.5.3 Metode Cassagrande (1932)

Menurut Cassagrande, asumsi Dupuit bahwa harga (i = dz/dx) merupakan

pendekatan dari keadaan sebenarnya di lapangan. Namun pada kenyataannya, menurut

Casagrande (i = dz/ds).

31

Untuk lereng downstream yang lebih besar dari 30°, asumsi dari Dupuit akan

menghasilkan kesalahan yang relatif besar sehingga untuk α ≥ 30°, maka metode

Cassagrande lebih akurat digunakan.

Gambar 2.10 Hitungan Rembesan Metode Cassagrande


Pada segitiga BCF pada Gambar diatas,

Maka,

.........................................................................................................(2-18)

Atau

Dimana s adalah panjang dari kurva A’BC Sehingga

....................................................................................................................(2-19)

Dengan kesalahan sebesar ± 4 – 5%, s dapat dianggap merupakan garis lurus A’C, maka:

.....................................................................................................................(2-20)

Dari persamaan diatas, diperoleh:

.............................................................................(2-21)

Besarnya debit rembesan, dapat ditentukan dengan persamaan

..........................................................................................................................(2-22)

Dalam persamaan menentukan nilai a, Taylor (1948) memberikan penyelesaian

dalam bentuk grafik seperti pada gambar 2.6 dengan prosedur perhitungan sebagai berikut:

32

1. Tentukan nilai banding d/H

2. Untuk harga d/H dan α tertentu, tentukan harga m

3. Hitung l = m H / sin β

4. Hitung q = k l sin2

β

Gambar 2.11 Grafik untuk Perhitungan Rembesan (Taylor, 1948)


2.6 Software Geostudio Seep/W 2012

Geostudio adalah suatu program yang digunakan pada bidang geoteknik dan

modeling geo-environment. Program Geoslope terdiri dari SLOPE/W, SEEP/W, SIGMA/W,

QUAKE/W, TEMP/W dan CTRAN/W. Program-program ini satu sama lain saling berhu-

bungan sehingga dapat digunakan dalam menganalisis berbagai jenis permasalahan dengan

memilih jenis program yang sesuai untuk tiap-tiap masalah yang berbeda (http://www.geo-

slope.com).

Adapun Manfaat dari setiap program yang tersedia di program Geostudio adalah:

1. Slope/w adalah program untuk menghitung faktor keamanan dan stabilitas lereng.

2. Seep/w adalah program untuk meneliti rembesan bawah tanah.

3. Sigma/w adalah program untuk menganalisa tekanan geoteknik dan masalah deformasi.

4. Quake/w adalah program untuk menganalisa gempa bumi yang berpengaruh terhadap

perilaku tanggul, lahan, kemiringan lereng.

5. Temp/w adalah program untuk menganalisa masalah geothermal.

6. Ctran/w adalah program yang dapat digunakan bersama dengan Seep/w untuk model

pengangkutan zat-zat pencemar.

33

Seep/w merupakan program yang digunakan dalam menganalisa rembesan air

dalam tanah dan tekanan air rembesan, yang membuat material menyerap air seperti tanah

dan batu. Seep/w dapat diaplikasikan dalam menganalisis dan mendesain pada bidang

geoteknik, sipil hidrogeologika dan proyek pembangunan tambang. Keistimewaan program

Seep/w di antaranya adalah :

1. Jenis analisa meliputi kondisi aliran steady state (tunak), aliran unsteady state (tidak

tunak), aliran 2D dan aliran 3D.

2. Jenis boundary condition (kondisi batas) meliputi total head, pressure head dan lain

sebagainya. Kondisi batas dapat diatur dan dibatalkan untuk mengetahui bentuk kondisi

rembesan.

3. Volume air dan fungsi konduktivitas dapat diperkirakan dari parameter dasar dan fungsi

grain size (ukuran butiran).

4. Penggambaran aliran air lebih jelas.

5. Pada program Seep/w memungkinkan untuk membatalkan dan mengurangi perintah-

perintahnya.

6. Program Seep/W ditampilkan dalam format windows sehingga memudahkan dalam

penggunaannya

Penelitian ini hanya akan mengaplikasikan penggunaan Seep/w. Dari hasil akhir

program Seep/w dapat diketahui arah/vektor aliran, garis rembesan, pola aliran (flow net)

dan debit rembesan yang diduga terjadi pada tubuh bendungan.

2.6.1.1 Langkah-langkah menggunakan Software Geostudio Seep/W 2012

Adapun langkah-langkah menggunakan Software Geostudio Seep/W 2012 adalah

sebagai berikut:

34

1. Buka program Geostudio 2012 hingga muncul gambar seperti di bawah ini.

Gambar 2.12 Jendela awal Software Geostudio 2012

Sumber: Software Geostudio 2012

2. Membuat lembar kerja. Klik file New atau klik gambar kertas di bawah menubar

file. Bisa juga dengan meng-klik gambar kertas bertuliskan New Project sehingga

muncul gambar seperti di bawah ini. Lalu klik create.

Gambar 2.13 Membuat Lembar Kerja


3. Klik Add SEEP/W Analysis steady state Close

35

Gambar 2.14 Menentukan Analisis yang Digunakan


4. Klik Set unit and scale atur skala sesuai dengan gambar yang diinginkan

close

Gambar 2.15 Mengatur Skala pada Lembar Kerja


5. Untuk membuat koordinat gambar, klik Sketch Sketch Axes Close

36

Gambar 2.16 Mengatur Axes pada Lembar Kerja


6. Untuk menggambar objek, klik draw draw region, atau bias juga dengan ekspor

dari autocad.

Gambar 2.17 Menggambar Objek


7. Klik draw Materials key in add set color material mode pilih

saturated/unsaturated hingga muncul dialog seperti gambar di bawah ini, lalu pilih tab

berisikan titik-titik pada vol. water content

37

Gambar 2.18 Menentukan Sifat Fisik Material


8. Klik Add types : klik vol WC data point function estimate isi sesuai data yang

ada, bila mempunyai grafik distribusi frekuensi maka pilih sample data: Grain-size

data sehingga muncul seperti grafik seperti yang ada pada gambar di bawah ini

Close.

Gambar 2.19 Memasukkan Data Kadar Air


9. Atur permeabilitas tanah dengan klik tab berisikan titik-titik pada pilihan hyd.

Conductivity Fn pilih types: Hyd K data point function lalu klik estimate

38

masukkan data yang dibutuhkan hingga muncul grafik seperti pada gambar di bawah

ini klik close sehingga kembali muncul jendela key in materials.

Gambar 2.20 Memasukkan Data Permeabilitas Tanah


10. Pilih water content dan hyd. Conductivity Fn berdasarkan data yang tadinya kita buat

lalu klik close.

Gambar 2.21 Menentukan Data Kadar Air dan Permeabilitas yang Digunakan


39

11. Langkah selanjutnya adalah menggambar garis freatis pada tubuh bendungan. Caranya

dengan klik Draw Points lalu klik pada gambar (pada hulu bendungan untuk

ketinggian air di hulu dan pada hillir untuk ketinggian air di hilir).

Gambar 2.22 Menggambar Garis Freatis


12. Proses selanjutnya menggambar flux pada gambar bendungan. Klik Draw flux

sections. Gambar flux berupa garis panah.

Gambar 2.23 Menggambar flux pada gambar bendungan


13. Langkah selanjutnya membuat kondisi batas/garis freatis pada gambar dengan klik

Draw Boundary Conditions Key in Add hingga muncul kotak dialog seperti

40

gambar di bawah ketik nama Upper Face dan ketik berapa ketinggia air di hulu

ulangi langkah dari Add untuk memasukkan data ketinggian air di hilir klik Close

sehingga kembali pada jendela Draw Boundary Conditions.

Gambar 2.24 Menggambar Boundary Conditions


14. Klik upper face pada pilihan assign arahkan dan klik kursor pada hulu bendungan

ulangi langkah ini pada bagina hilir.

Gambar 2.25 Menggambar Boundary Conditions pada Hulu


15. Untuk eksekusi gambar, klik Windows Solve Manager centang Analysis Name

pada sebelah kiri gambar di bawah ini klik start.

41

Gambar 2.26 Eksekusi Model Bendungan


16. Bila analisis benar, maka akan muncul gambar seperti di bawah ini. Bila terjadi error

maka hasil tidak akan keluar.

Gambar 2.27 Hasil Eksekusi Model Bendungan


17. Untuk memberikan keterangan pada gambar, klik Draw lalu pilih opsi yang tersedia,

misalnya:

6. Contour : untuk memberi legenda pada gambar.

7. Contour Labels : untuk memberi keterangan jarak dan ketinggian pada gambar.

8. Flux labels : untuk memberi keterangan debit pada gambar.

42

Gambar 2.28 Memberi Keterangan pada Hasil Eksekusi Model


18. Untuk memunculkan tampilan hasil analisis Total Head adalah dengan Klik menu

Countours pilih Total Head.

Gambar 2.29 Menampilkan Hasil analisis Total Head


19. Untuk memunculkan tampilan hasil analisis Preassure Head adalah dengan Klik menu

Countours pilih Preassure Head.

43

Gambar 2.30 Menampilkan Hasil analisis Preassure Head


20. Untuk memunculkan tampilan hasil analisis Pore-Water Preassure adalah dengan

Klik menu Countours pilih Pore-Water Preassure.

Gambar 2.31 Menampilkan Hasil analisis Pore-Water Preassure


44


45

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Lokasi Penelitian

Keseluruhan rangkaian penelitian dilakukan di Laboratorium Tanah dan Air

Tanah Jurusan Teknik Pengairan untuk pengujian water content, specific gravity,

mechanical grain size, hydrometer, pemadatan standard. Sedangkan untuk pengujian

atterberg limit dan uji permeabilitas dengan falling head pada lempung dilakukan di

Laboratorium Mekanika Tanah dan Geologi Jurusan Teknik Sipil Universitas Brawijaya

Malang.

3.2 Material Dasar

Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah asli berupa lempung.

Material tanah lempung untuk pengujian diambil di Desa Sumberejo Kecamatan Dau,

Kabupaten Malang.

3.3 Peralatan Pengujian

Peralatan yang digunakan guna menunjang penelitian adalah sebagai berikut:

1. Untuk Pengujian klasifikasi tanah menggunakan klasifikasi tanah AASHTO dan Unified

2. Untuk pengujian pemadatan di laboratorium, material tanah akan dipadatkan dengan

serangkaian standart proctor test.

3. Untuk pengujian harga koefisien permeabilitas tanah digunakan metode falling head

test.

4. Untuk analisa garis freatis yang terjadi pada bendungan homogen, dilakukan dengan

pengamatan pada aplikasi Geoslope.Geostudio Seep/W.2012.

3.4 Variabel Penelitian

Terdapat tiga variabel dalam penelitian ini, yaitu variable bebas, terikat dan

kontrol. Adapun variabel yang dimaksud sebagai berikut:

3.4.1 Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variabel yang besarnya ditentukan sebelum penelitian.

Besar variabel bebas divariasikan untuk mendapatkan hubungan antara variabel bebas dan

variabel terikat sehingga tujuan penelitian dapat tercapai. Dalam penelitian ini, variabel be-

bas adalah ketinggian air yang divariasikan setinggi 30cm, 40cm dan 50 sehingga dapat

mempengaruhi garis freatis dan debit rembesan yang terjadi. Gambar pola aliran garis

freatis dapat dilihat pada Gambar 3.1

46

Gambar 3.1 Contoh Pola Aliran Garis Freatis

Sumber: Data

3.4.2 Variabel Terikat

Variabel terikat yaitu variabel yang dapat dipengaruhi oleh variabel bebas yang

telah ditentukan. Adapun variabel terikat dalam penelitian ini adalah garis freatis dan debit

rembesan.

3.4.3 Variabel Kontrol

Variabel kontrol yaitu variabel yang nilainya dijaga konstan selama penelitian.

Adapun variabel kontrol yang digunakan dalam penelitian adalah komposisi material dasar

campuran timbunan berupa tanah lempung dari kepadatan maksimum yang didapat dari

proctor test.

3.5 Langkah-langkah Penelitian

Tahapan pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1 diagram alir pe-

nelitian. Adapun uraian dari diagram alir penelitian sebagai berikut:

3.5.1 Identifikasi Sifat Fisik Tanah

Dalam mengidentifikasi tanah terlebih dahulu diketahui berapa kadar air tanah

yang digunakan dan specific gravitynya. Pengujian dilanjutkan dengan melihat gradasi

butiran melalui hydrometer dan sieve analysis test untuk lempung. Selanjutnya dilakukan

pengujian konsistensi tanah lempung (LL, PL, SL dan PI), uji permeabilitas dengan falling

head test dan pengujian pemadatan standar di laboratorium.

Identifikasi sifat fisik tanah dalam masing-masing pengujian dijabarkan sebagai

berikut:

z

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Garis Freatis

Muka Air

Hulu

Muka Air

Hilir

Lebar Bendungan (cm)

Tin

gg

i B

end

un

gan

(cm

)

1

2

1

1.4

50

40

30

20

10

0 x

47

3.5.1.1 Pengujian Kadar Air

Kadar air merupakan perbandingan antara berat air yang terkandung dalam tanah

dengan berat tanah tersebut dalam persentase. Pengujian ini dimaksudkan untuk menge-

tahui berapa kadar air yang terkandung dalam sampel tanah yang digunakan.

Alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian kadar air sebagai berikut:

- Neraca dengan ketelitian 0,001 gram

- Oven

- Cawan dalam kondisi bersih, kedap udara dan tidak berkarat dengan ukuran cukup

(cawan terbuat dari alumunium) sebanyak 3 buah


1. Timbang masing-masing berat cawan yang digunakan dan tandailah masing-masing

cawan (“A” untuk sampel pertama, “B” untuk sampel kedua dan “C” untuk sampel

ketiga).

2. Isi masing-masing cawan dengan tanah secukupnya, timbang dan catat beratnya.

3. Keringkan tanah ke dalam oven selama ±24 jam atau sampai sampel tanah mencapai

berat konstan.

4. Keluarkan sampel dari oven, ditimbang dan dicatat beratnya.

3.5.1.2 Uji Karakteristik Dasar Tanah

Metode ini bertujuan untuk menentukan distribusi butir sampel tanah. Umumnya

dibagi menjadi dua bagian yaitu analisis ayakan (sieve analysis) dan analisis hidrometer.

3.5.1.2.1 Analisis Ayakan

Alat dan bahan dalam melakukan pengujian ini sebagai berikut:

- 1 set ayakan dengan ukuran lubang 1,5”, 1”, 0,75”, 0,375”, No. 4 (4,750 mm), No. 8

(2,360 mm), No. 30 (0,600 mm), No. 50 (0,300 mm), No. 100 (0,150 mm) dan No. 200

(0,075 mm).

- Neraca dengan ketelitian 0,2% benda uji

- Oven

- Mesin penggetar ayakan (sieve shaker)

- Talam

- Sendok/skop/alat lain yang bias digunakan untuk mengambil butiran tanah tertahan di

tiap saringan sebelum ditimbang

Prosedur pengujian dilakukan sebagai berikut:

1. Ambil sampel tanah secukupnya lalu keringkan dengan oven selama ±24 jam

2. Keluarkan tanah yang sudah kering dari oven, bagi menjadi 3 sampel dengan berat

masing-masing 500 gram

48

3. Ayak sampel tanah selama 15 menit dengan susunan dari ayakan dengan lubang paling

besar sampai paling kecil dengan pan pada urutan paling bawah.

4. Sampel tanah yang tertahan di tiap-tiap ayakan ditimbang beratnya.

3.5.1.2.2 Analisis Hidrometer

Tujuan dari pengujian ini untuk menentukan pembagian ukuran butiran tanah

berbutir halus yang lolos ayakan No.200 dengan alat dan bahan sebagai berikut:

- Oven

- Ayakan No. 10, No. 20, No. 40, No. 80, No. 100 dan No. 200

- Hydrometer dengan skala konsentrasi ( 5 – 60 gram per liter)

- Tabung-tabung gelas ukuran kapasitas 1000 ml.

- dengan diameter ± 6,5 cm

- Thermometer kapasitas 0 – 50º C denga ketelitian 0,10º C

- Pengaduk mekanis dan mangkuk disperse (mechanical stirrer)

- Neraca kapasitas 200 gram dengan ketelitian 0,01 gram

- Oven yang dilengkapi pengaturan suhu untuk memanasi sampai 110º C

- Tabung-tabung ukuran 50 ml dan 100 ml

- Batang pengaduk dari gelas

- Stopwatch

Prosedur Pengujian dilakukan sebagai berikut:

1. Sampel tanah ditumbuk, kemudian diayak hingga lolos saringan No.200, sampel yang

lolos saringan No.200 diambil sebanyak 50 gram kemudian dicampur dengan 100 ml

larutan NaOH 10% kemudian didiamkan selama 24 jam.

2. Setelah direndam selama 24 jam, campuran ditambah larutan H2O3 3% kemudian

dimikser.

3. Kemudian larutan dicampur air sampai 1000 ml

4. Tutup rapat-rapat mulut lubang dengan telapak tangan dan kocoklah dengan mendatar

sampai tercampur

5. Setelah dikocok letakkan gelas ukur ditempat yang datar kemudian masukkan

hydrometer.

6. Biarkan hydrometer terapung bebas dan tekanlah stopwatch

7. Catatlah angka skala pada hydrometer pada rentang waktu ½, 1, dan 2 menit dan ukur

suhunya.

49

8. Sesudah pembacaan dimenit kedua, angkatlah hydrometer dan cuci dengan meng-

gunakan air, lakukan pembacaan di menit berikutnya dengan prosedur yang sama

dengan interval waktu 5, 15, 30 menit, 1, 4 dan 24 jam.

Analisa hydrometer didasarkan pada prinsip sedimentasi (pengendapan) butir-

butir tanah dalam air. Bila suatu contoh tanah dilarutkan dalam air, partikel-partikel tanah

akan mengendap dengan kecepatan yang berbeda-beda tergantung pada bentuk, ukuran,

dan beratnya.

3.5.1.3 Liquid Limit test

Liquid limit test bertujuan untuk menentukan kadar air suatu tanah pada keadaan

batas cair. Batas cair adalah kadar air batas dimana suatu tanah berubah dari keadaan cair

menjadi plastis.

Adapun alat dan bahan sebagai berikut:

- Alat liquid limit standart.

- Pembuat alur, atau grooving tool.

- Mangkok porselen atau sejenis mangkok untuk mengaduk, dengan diameter sekitar

115 mm.



- Cawan.

- Cawan harus terbuat dari material yang tahan terhadap korosi dan massanya tidak akan

berubah atau hancur akibat pemanasan dan pendinginan yang terus menerus. Cawan

harus memiliki penutup yang rapat/pas agar tidak terjadi perubahan kadar air benda uji

sebelum penimbangan awal dan juga untuk mencegah penyerapan air dari udara

terbuka sebelum proses pengeringan dan penimbangan akhir. Satu cawan diperlukan

untuk menentukan kadar air satu benda uji.

- Timbangan.

- Oven.

- Tanah (benda uji)


1. Campur tanah dengan air sampai homogen.

2. Masukkan dalam mangkok dan ratakan permukaan tanah.

3. Buat alur dengan alat pembuat alur (grooving tool).

50

4. Putar alat sampai mangkok pada alat bergerak naik-turun sampai dasar alur benda uji

bersinggungan sepanjang + 1,25 cm dan catat jumlah ketukan pada waktu

bersinggungan.

5. Ambil sedikit benda uji untuk pemeriksaan kadar air.

6. Ulangi pekerjaan tersebut dengan kadar air yang berbeda sampai beberapa kali.

7. Buat grafik hubungan antara kadar air dengan jumlah ketukan. Jumlah ketukan sebagai

sumbu mendatar dengan skala logaritma dan kadar air sebagai sumbu tegak dengan

skala biasa.

8. Tentukan besarnya kadar air pada jumlah ketukan ke-25, kadar air inilah yang

merupakan batas cair (Liquid limit) dari benda uji tersebut.

Hasil-hasil yang diperoleh berupa jumlah pukulan dan kadar air dari tiap-tiap test

kemudian digambarkan pada kertas semi-log. Jumlah pukulan pada sumbu datar dengan

skala logaritma sedang besarnya kadar air pada sumbu tegak dengan skala biasa. Garis

yang menghubungkan titik-titik tersebut merupakan suatu garis lurus yang dinamakan flow

curve. Dari garis lurus tersebut ditentukan kadar air pada pukulan ke-25, harga dari kadar

air pada pukulan ke-25 dinamakan batas cair atau liquid limit dari tanah yang diuji,

sedangkan kemiringan dari flow curve dinamakan flow index (FI).

3.5.1.4 Plastic Limit test

Pengujian ini bertujuan untuk menentukan kadar air suatu tanah pada keadaan

batas plastis. batas plastis adalah kadar air minimum dimana suatu tanah dalam keadaan

plastis.



mm.



- Batang pembanding dengan diameter 3 mm dan panjang 100 cm.

- Permukaan untuk menggeleng.

- Landasan untuk menggeleng benda uji adalah plat kaca yang sesuai dengan standart

ASTM.

- Timbangan.

- Oven.

- Tanah (benda uji)


51

1. Ambil 1,5 gram sampai dengan 2,0 gram massa tanah yang sudah homogen. Bentuk

bagian yang diambil menjadi bentuk bulat panjang.

2. Geleng-geleng tanah menjadi bentuk bulat panjang berdiameter 3 mm dengan

kecepatan 80 gelengan sampai dengan 90 gelengan per menit, dengan menghitung satu

gelengan sebagai satu gerakan tangan bolak balik hingga kembali ke posisi awal.

Apabila tanah hasil gelengan telah berdiameter 3 mm tetapi belum terjadi retakan,

maka tanah gelengan dibagi menjadi enam atau delapan potongan. Satukan dan remas

semua potongan dengan kedua tangan dan geleng kembali dengan telapak tangan

hingga membentuk bulat panjang. Untuk tanah lempung yang padat diperlukan tekanan

gelengan yang lebih besar, terutama pada kondisi mendekati batas plastisnya, tanah

tersebut digeleng hingga retak pada serangkaian bagian panjang dengan diameter 3

mm, dan masing-masing panjang sekitar 6 mm sampai dengan 9 mm.

3. Periksa kadar air batang tanah dan catat hasilnya.

3.5.1.5 Shrinkage Limit Test

Apabila tanah lempung yang jenuh air (saturated) dikeringkan secara perlahan-

lahan, tanah tersebut akan kehilangan air yang dikandungnya dan akan terjadi penyusutan

volume dari massa tanah tersebut. Dalam proses pengeringan selanjutnya akan tercapai

suatu keadaan dimana pengeringan hanya akan menghasilkan pengurangan dari kadar air

saja tanpa adanya penambahan penyusutan lebih lanjut dari volume tanah. Kadar air

dimana tidak terjadi penambahan penyusutan dari tanah yang bersangkutan dinamakan

shrinkage limit.


- Mangkok shrinkage limit yang terbuat dari porselen atau monel.

- Kaca datar dengan tiga paku.

- Mangkok porselin.

- Pisau spatula.

- Gelas ukur.

- Air raksa.

- Mangkok peluberan

- Timbangan dan oven


1. Ambil kira-kira 80-100 gram sisa benda uji liquid limit dengan hasil pukulan terakhir

antara 9-11 pukulan.

52

2. Lapisi mangkok shrinkage limit dengan vaselin yang tipis sekali, angina-anginkan

sebentar. Vaselin ini bertujuan untuk mengurangi rongga-rongga udara mengisi tanah

yang akan dimasukkan dalam mangkok shrinkage, karena sedikit celah udara akan

membuat hasil shrinkage pecah nantinya.

3. Isi penuh mangkok yang telah disiapkan dengan benda uji, pastikan tidak ada rongga

udara diantara benda uji dan mangkok. Ratakan permukaan tanah dari sisa-sisa tanah

yang menempel, pastikan bahwa tepi atas mangkok bersih dari tanah.

4. Tentukan berat mangkok dengan tanah di dalamnya.

5. Angin-anginkan tanah yang ditaruh di dalam mangkok shrinkage tersebut kira-kira

selama 24 jam sampai tanah tidak menempel pada tepi mangkok, lama waktu

tergantung pada jenis tanah yang diuji. Semakin liat tanah yang diuji, diperlukan

semakin lama waktu untuk membiarkan tanah tersebut lepas dari tepi mangkok.

6. Letakkan mangkok beserta tanahnya ke dalam oven.

7. Tentukan berat mangkok+tanah setelah dioven.

8. Untuk menentukan volume shrinkage limit, tuangkan air raksa ke dalam mangkok

berisi tanah dan ratakan menggunakan kaca datar dengan tiga paku sampai penuh dan

tidak ada lagi air raksa yang tumpah dari mangkok.

9. Keluarkan tanah secara perlahan dan hitung volume air raksa di dalam mangkok

dengan menggunakan gelas ukur.

3.5.1.6 Spesific Gravity Test

Tujuan pengujian berat jenis (spesific gravity) adalah untuk mengetahui per-

bandingan antara berat butir tanah dengan volume butir tanah tersebut pada suhu tertentu.


- Picnometer

- Saringan no. 10 (2mm)

- Termometer

- Air suling

- Mesin vacum

- Botol air

- Timbangan ketelitian 0,01 gr

- Talam aluminium

- Tanah


1. Saringlah bahan yang akan diperiksa dengan saringan no.10

53

2. Benda uji dalam keadaan kering oven + 20 gram, masukkan ke dalam picnometer.

3. Timbang berat picnometer dan benda uji.

4. Masukkan air suling kedalamnya hingga dua per tiga picnometer dan didihkan.

5. Angkat setelah mendidih.

6. Masukkan picnometer ke dalam desikator dan isi dengan air sampai penuh kemudian

picnometer ditutup, diamkan sampai suhu konstan.

7. Keringkan picnometer dengan lap dan timbang beratnya

Berat jenis dihitung dengan menggunakan rumus

, akan tetapi karena

faktor kalibrasi akibat suhu maka dibutuhkan tabel unit weight, koreksi dan viscocity water

untuk menentukan nilai koreksi yang akan digunakan sebagai pengali terhadap nilai SG.

3.5.1.7 Standart Proctor Test

Pemadatan tanah berarti memperkecil volume pori dari suatu tanah atau mem-

perbesar berat volume tanah. Selama proses pemadatan, volume air akan me-nyebabkan

butir-butir tanah mudah untuk bergerak satu terhadap yang lain ke dalam posisi yang lebih

padat, hal ini dikarenakan air bekerja sebagai pelumas antara butir-butir tanah. Tetapi

penambahan air akan menghasilkan keadaan yang berbeda, yaitu harga γd menurun, apabila

suatu kadar air optimum telah dilampaui oleh tanah tersebut. Keadaan ini disebabkan

karena tanah tidak lagi bekerja sebagai peluas antara butir-butir, tetapi justru mengambil

alih tempat-tempat yang pada mulanya ditempati oleh butir tanah. Oleh karena itu dapat

disimpulkan bahwa pada tahap pertama dari tes pemadatan nilai γd (volume kering)

semakin bertambah dan setelah melampaui kadar air optimum tanah, nilai γd akan me-

nurun.Tingkat atau derajat kepadatan suatu tanah dapat dilihat dari nilai γd dari tanah yang

dipadatkan, makin besar γd makin padat tanah tersebut.


- Cetakan besi berbentuk silinder (mold).

- Penumbuk.

- Timbangan.

- Oven.

- Lengser besar dan cawan

- Penggaris besi dengan pinggiran lurus.

- Ayakan ukuran 4,75 mm.


1. Ambil tanah yang sudah dikeringkan sebanyak + 2,5 kg dan ayak menggunakan ayakan

4,75 mm.

54

2. Tambahkan air pada tanah yang sudah diayak hingga mencapai kadar air yang

diinginkan, penambahan air dilakukan sedikit demi sedikit agar air merata ke seluruh

bagian benda uji.

3. Tentukan berat dari cetakan mold, kemudian pasang mold dan silinder perpanjangan di

bagian atasnya.

4. Masukkan tanah yang telah dicampur dengan air ke dalam tiga lapisan yang sama

tebalnya. Tiap lapisan harus dipadatkan dengan standart proctor hammer sebanyak 25

kali. Tanah lepas yang ditaruh di dalam cetakan untuk lapisan terakhir harus

sedemikian tinggi sehingga apabila dipadatkan, bagian atas dari permukaan tanah

masih lebih tinggi dari silinder perpanjangan.

5. Lepaskan silinder perpanjangan yang disambung pada bagian atas cetakan.

6. Ratakan permukaan tanah di atas cetakan dengan penggaris besi secara perlahan dan

sedikit demi sedikit hingga permukaan tanah yang dipadatkan menjadi sama tinggi

dengan permukaan cetakan tersebut.

7. Tentukan berat dari mold+tanah yang sudah dipadatkan.

8. Lepaskan tanah dari mold.

9. Ambil sedikit tanah dari contoh tanah yang baru dikeluarkan dari mold untuk dihitung

kadar airnya.

Bagian tanah yang diambil dalam perhitungan kadar air setelah dipadatkan dengan

mengambil bagian atas, tengan dan bawah untuk digunakan dalam menghitung kadar air

dan berat isi kering.

3.5.1.8 Uji Permeabilitas Tanah

Uji permeabilitas tanah dilakukan dengan falling head test.

Falling Head Test

Falling head test bertujuan untuk menentukan nilai koefisien permeabilitas tanah

berbutir halus. Tanah terdiri dari butir-butir padat dan pori-pori (rongga) yang saling ber-

hubungan satu sama lain. Melalui proi-pori tersebut, air di dalam tanah dapat mengalir

dengan mudah dari tempat yang mempunyai energi lebih tinggi ke tempat yang mem-

punyai energi yang lebih rendah.


- Falling head permeameter

- Timbangan

- Plastisin untuk menutup celah-celah yang dimungkinkan terjadi kebocoran

- Sampel tanah

55

- air

- Termometer

- Stopwatch

- Oven


1. Tentukan berat dari tabung tempat contoh tanah.

2. Pasang karet penutup pada bagian bawah dari tabung dan letakkan batu pourus di

atasnya.

3. Masukkan contoh tanah ke dalam tabung sedikit demi sedikit dan padatkan dengan

penumbuk, dan timbang contoh tanah+tempatnya. Kemudian letakkan batu pourus di

atasnya.

4. Pasang pir dan karet penutup di atas batu pourus, pir disini digunakan untuk mencegah

terjadinya perubahan volume dari contoh tanah selama test.

5. Alirkan air melalui pipa plastik ke dalam biurette, dan pastikan bahwa tidak ada

kebocoran dan gelembung yang teringgal pada pipa.

6. Biarkan air mengalir melalui contoh tanah guna membuat tanah yang diuji cukup

basah.

7. Ukur perbedaan tinggi antara permukaan air di dalam biurette dengan dasar contoh

tanah, lakukan berulang kali hingga nilai k konstan.

8. Catat temperatur dari air yang digunakan untuk test.

3.6 Software Geostudio Seep/W 2012

Geostudio Seep/w merupakan program yang digunakan dalam menganalisa rem-

besan air dalam tanah dan tekanan air rembesan, yang membuat material menyerap air

seperti tanah dan batu. Seep/w dapat diaplikasikan dalam menganalisis dan mendesain pada

bidang geoteknik, sipil hidrogeologika dan proyek pembangunan tambang. Keistimewaan

program Seep/w di antaranya adalah :

1. Jenis analisa meliputi kondisi aliran steady state (tunak), aliran unsteady state (tidak

tunak), aliran 2D dan aliran 3D.

2. Jenis boundary condition (kondisi batas) meliputi total head, pressure head dan lain

sebagainya. Kondisi batas dapat diatur dan dibatalkan untuk mengetahui bentuk kondisi

rembesan.

3. Volume air dan fungsi konduktivitas dapat diperkirakan dari parameter dasar dan fungsi

grain size (ukuran butiran).

4. Penggambaran aliran air lebih jelas.

56

5. Pada program Seep/w memungkinkan untuk membatalkan dan mengurangi perintah-

perintahnya.

6. Program Seep/W ditampilkan dalam format windows sehingga memudahkan dalam

penggunaannya.

Penelitian ini hanya akan mengaplikasikan penggunaan Seep/w. Dari hasil akhir

program Seep/w dapat diketahui arah/vektor aliran, garis rembesan, pola aliran (flow net)

dan debit rembesan yang diduga terjadi pada tubuh bendungan.

3.7 Output Penelitian

Keluaran dari penelitian ini adalah hasil uji model fisik di laboratorium berupa

pola aliran garis freatis dan gradien hidrolik dengan kepadatan tanah yang berbeda. Output

debit rembesan dari uji model fisik diuji kecocokannya dengan perhitungan kesalahan

relatif rata-rata (KAR) dengan debit perhitungan melalui metode-metode berikut ini:

1. Software Geostudio Seep/W 2012

2. Metode Empirik

a. Metode Dupuit (1863)

b. Metode Schaffernak (1917)

c. Metode Cassagrande (1932)

57

3.8 Diagram Alir Penelitian

---------------------------------------------------- (RM 1)

---------------------------------------------- (RM 2)

----------------------------------------------- (RM 3)

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Studi Literatur

Pengujian Material Timbunan:

1. Pengujian Distribusi Butiram

2. Pengujian Specific Gravity

3. Pengujian Konsistensi

4. Pengujian Permeabilitas Tanah

5. Pengujian Pemadatan

Pemilihan Material

Timbunan

Hasil dan Pembahasan

Selesai

Angka kepadatan maksimum dan

Permeabilitas Tanah

1. Gambar garis freatis dan

perbandingan debit rembesan hasil

Software Gestudio Seep/W 2012

dengan:

2. Perhitungan Analisis:

- Cassagrande

- Dupuit

- Shcaffernak

58


59

BAB IV

ANALISIS HASIL PENELITIAN

4.1 Hasil Pengujian Sifat Fisik Tanah

Pengujian fisik tanah dilakukan di Laboratorium Tanah dan Air tanah Jurusan Teknik

Pengairan dan di Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil Universitas Brawijaya.

Dari hasil pengujian tersebut, diperoleh data sebagai berikut:

4.1.1 Pengujian Kadar Air (Water Content)

Pengujian Kadar Air Tanah lempung ini bertujuan untuk mengetahui besarnya kadar

air yang terkandung dalam tanah saat sampel akan dipergunakan. Adapun hasil pengujian

kadar air tanah dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1

Hasil Pengujian Kadar (Water conten) Air Tanah

Uraian Satuan 1 2 3

Berat cawan gr 2,90 2,97 2,89

Berat cawan + tanah basah gr 28,28 29,82 26,91

Berat cawan + tanah kering gr 21,82 23,08 20,67

Berat tanah kering gr 18,92 20,12 17,78

Berat Air gr 6,46 6,74 6,24

Kadar air % 29,61 29,20 30,21

Kadar air rata-rata % 29,67

Sumber: Hasil Perhitungan

Dari Tabel 4.1. diatas didapat kesimpulan bahwa tanah lempung mempunyai kadar

air sebesar yaitu 29,67%.

4.1.2 Analisis Pembagian Butiran Tanah

Analisis ini digunakan untuk mengetahui gradasi butiran tanah. Dalam Pengujian ini

dilakukan dengan menggunakan dua metode, yaitu: Analisis ayakan (sieve analysis) untuk

mengetahui diameter butiran tanah yang lebih besar dari 0.075 mm (tertahan pada ayakan

60

no.200) dan Analisa Hidrometer untuk mengetahui diameter butiran tanah yang lebih kecil

dari 0.075 mm (lolos ayakan no.200). hasil pengujian analisis pembagian butiran tanah

lempung dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2

Hasil Analisis Pembagian Butiran Tanah

No. Jenis Tanah Pasir (Sand)

Lanau (Silt) Lempung (Clay) Course to

Medium

Fine

(%) (%) (%) (%)

1 Tanah Lempung 0,83 11,56 56,74 30,87

Sumber: Hasil Perhitungan.

Dari Tabel 4.2. diatas, kesimpulannya adalah bahwa Tanah Lempung memiliki

persentase sand course to medium sebesar 0.83%, sand fine sebesar 11.56%, lanau sebesar

56.74% dan lempung sebesar 30.87%. Persentasi tanah lempung yang lolos ayakan no.200

sebesar 87,61%. Grafik pembagian butir tanah lempung dapat dilihat pada halaman

berikutnya.

62

Adapun cara untuk mengetahui baik atau tidaknya gradasi tanah yang digunakan

yaitu dengan menggunakan perhitungan Coeficien Uniformitad (Cu)atau koefisien kese-

ragaman dan Curvature Coeficient (Cc) atau koefisien gradasi. Tanah yang bergradasi baik

jika mempunyai koefisien gradasi dan tanah yang bergradasi sangat baik jika

(Hardiyatmo, 2010, p.43).

4.1.3 Batas-batas Atterberg Tanah

Pengujian batas-batas Atterberg ini dilakukan untuk mengetahui kandungan air

dengan menggambarkan batas-batas konsistensi dari tanah. Batas-batas tersebut adalah batas

susut (shrinkage limit), batas plastis (plastic limit) dan batas cair. Hasil dari pengujian batas-

batas Atterberg dapat dilihat pada Tabel 4.3., 4.4., dan 4.5.

Tabel 4.3

Hasil Pengujian Batas Susut (Shrinkage Limit)

Nomor percobaan 1 2

Berat cawan (g) 30,100 11,540

Nomor cawan (g) A B

Berat cawan + tanah basah (g) 55,540 80,920

Berat cawan + tanah kering (g) 49,700 64,980

Berat air (Ww) (g) 5,840 15,940

Berat tanah basah (W) (g) 25,440 69,380

Berat tanah kering (Wo) (g) 19,600 53,440

Volume tanah basah (V) (cm3) 14,600 37,700

Volume tanah kering (Vo) (cm3) 12,600 32,500

1. Kadar air awal atau semula (w) (%) 29,796 29,828

2. Berat Jenis (-) 2,237 2,456

3. Rasio Susut (R) (%) 1,556 1,644

4. Batas Susut (S)

4.1 Dari hasil perubahan volume

(%) 19,592 20,097

4.2 Dari rasio susut dan berat jenis (%) 19,592 20,097

4.3 Rerata Batas Susut (%) 19,844

63

Sumber: Hasil Perhitungan.

Dari Tabel 4.3 diatas didapat kesimpulan bahwa tanah yang digunakan dalam

penelitian ini memiliki bata susut tanah (S) sebesar 19,844% dan nilai susut linier (SL) sebesar

19,893%.

Tabel 4.4

Hasil Pengujian Batas Cair (Liquid Limit)

No. Banyaknya pukulan 19 21 27 31

1 Nomor cawan A B C D

2 Berat cawan + tanah basah (gr) 27,09 18,31 27,34 20,19

3 Berat cawan + tanah kering (gr) 21,85 15,22 22,8 16,93

4 Berat air (gr) 5,24 3,09 4,54 3,26

5 Berat cawan (gr) 6,04 5,48 8,34 5,71

6 Berat tanah kering (gr) 15,81 9,74 14,46 11,22

7 Kadar air (%) 33,14 31,72 31,40 29,06

8 Kadar air rerata (%) 31,33


Tabel 4.5

Hasil Pengujian Batas Plastis (Plastic Limit)

No. Uraian (PL Batas Plastis)

1 Nomor cawan I II III

2 Berat cawan + tanah basah (gr) 13,79 13,39 13,26

3 Berat cawan + tanah kering (gr) 12,14 12,03 11,97

4 Berat air (gr) 1,65 1,36 1,29

5 Berat cawan (gr) 5,72 5,48 5,41

6 Berat tanah kering (gr) 6,42 6,55 6,56

Lanjutan Tabel 4.3

HHasil Pengujian Batas Susut (Shrinkage Limit)

Nomor percobaan 1 2

5. Perubahan Volume (VC)

VC = (w - S) R

(%) 15,873 16,000

6. Susut linier (LS) (%) 19,827 19,959

7. LS rerata (%) 19,893

64

Lanjutan Tabel 4.5

Hasil Pengujian Batas Plastis (Plastic Limit)

No. Uraian (PL Batas Plastis)

7 Kadar air (%) 25,70 20,76 19,66

8 Kadar air rerata (%) 22,04


Gambar 4.2 Grafik Pengujian Batas Cair Tanah


Dari tabel 4.4., dan 4.5., didapat data PL (plastic limit) sebesar 22,04% dan LL (liquid

limit) sebesar 31,33% sehingga dapat dilakukan perhitungan PI (plasticity index) sebagai

berikut:

PI = LL – PL

= 31,33% - 22,04%

= 9,29%

Tabel 4.6

Nilai Indeks Plastisitas dan Macam Tanah

No. PI Sifat Macam Tanah Kohesi

1. 0 Non plastis Pasir Non kohesif

2. < 7 Plastisitas rendah Lanau Kohesif sebagian

3. 7 – 17 Plastisitas sedang Lempung Berlanau Kohesif

4. > 17 Plastisitas tinggi Lempung Kohesif

Sumber: Hardiyatmo (2010, p.52)

28.0 28.5 29.0 29.5 30.0 30.5 31.0 31.5 32.0 32.5 33.0 33.5

15 20 25 30 35 40

GRAFIK PENGUJIAN BATAS CAIR TANAH

65

Tabel 4.7

Derajat Plastisitas Tanah Berdasarkan Batas Cair

No. Derajat Plastisitas Batas Cair (LL)

1. Rendah (low plasticity) < 35%

2. Sedang (medium plasticity) 35% - 50%

3. Tinggi (high plasticity) 50% - 70%

4. Sangat tinggi (very high plasticity) 70% - 90%

5. Ekstrem tinggi (extremely high plasticity) > 90%

Sumber: Budi (2011, p.4)

Dapat dilihat dari perhitungan diatas didapat indeks plastisitas (PI) sebesar 9,29%.

Jika dilihat pada Tabel 4.7., maka jenis tanah berdasarkan batas cair termasuk tanah dengan

derajat plastisitas rendah karena angka PI <35%. Namun jika dilihat pada Tabel 4.6., maka

tanah yang digunakan dalam penelitian ini tergolong dalam tanah dengan plastisitas sedang

dengan nilai diantara 7-17 PI. Dapat disimpulkan bahwa tanah ini tergolong jenis tanah yang

mempunyai sifat kohesif dengan plastisitas sedang.

4.1.4 Specific Gravity (Gs)

Pengujian specific gravity (Gs) bertujuan untuk mengetahui perbandingan berat butir

tanah dengan berat air pada suhu tertentu. Dimana semakin rendah suhunya maka semakin

berat dari sampel pengujian. Hasil dari pengujian ini dapat dilihat pada Tabel 4.8., sedangkan

hasil pengujian selengkapnya dapat dilihat dilampiran.

Tabel 4.8

Hasil Pengujian Spesific Gravity (Gs)

No. Kalibrasi labu ukur Spesific Gravity

(gr/cm3)

1 y = -0,055x + 136,4 2,683

2 y = -0,106x + 141,4 2,807

3 y = -0,074x + 137,0 2,496

Gs Rerata 2,662


Pada Tabel 4.8., diketahui data Gs sebesar 2,662. Berdasarkan nilai Gs tabel macam-

macam jenis tanah, hasil dari pengujian ini termasuk dalam tanah lempung organik dengan

66

2,58 < Gs < 2,65 dan lanau tak organik dengan 2,62 < Gs < 2,68. Dua kemungkinan pada jenis

tanah ini akan ditinjau lagi dengan menggunakan klasifikasi USCS dan AASHTO.

4.1.5 Klasifikasi Tanah

Klasifikasi tanah ini bertujuan untuk membantu mengelompokkan tanah pengujian ke

dalam kelompok ataupun subkelompok yang nantinya akan sangat membantu dalam

perancang dalam merancang suatu konstruksi. Sistem klasifikasi tanah yang digunakan pada

pengujian ini adalah sistem klasifikasi tanah USCS (Unified Soil Classification System) dan

AASHTO (American Association of State Highway and Transporting Official).

Dalam mengklasifikasikan tanah yang digunakan dalam pengujian, dibutuhkan data-

data ciri tanah dari pengujian sebelumnya sebagai berikut:

a. Jumlah butiran yang lolos saringan No. 200 sebesar 87,610%.

b. LL = 31,33%,

c. PL = 22,04%

d. PI = 9,29%

e. GI = (F - 35) [0,2 + 0,005 (LL - 40)] + 0,01 (F - 15) (PI - 10)

= (87,610-35) [0,2 + 0,005 (31,33-40)] + 0,01 (87,610-15) (9,29-10)

= 7,725825 = 7,725

Dengan:

GI = indeks kelompok (group index)

F = persen butiran lolos saringan No. 200 (0,075 mm)

LL = batas cair

PI = indeks plastisitas

GI digunakan dalam sistem klasifikasi AASHTO untuk mengevaluasi kelompok tanah

lebih lanjut. Bila GI semakin tinggi maka penggunaan tanah tersebut dalam suatu konstruksi

akan berkurang.

4.1.5.1 Sistem Klasifikasi USCS (Unified Soil Classification System)

Dalam sistem klasifikasi USCS, data-data diatas kemudian dapat digambarkan pada

plasticity chart pada Gambar 4.3 pada halaman selanjutnya.

67

Gambar 4.3 Diagram Plastisitas Tanah

Sumber: Budi (2011, p.4)

Dari Gambar 4.3., dapat disimpulkan bahwa tanah dalam penelitian ini termasuk

dalam klasifikasi USCS termasuk kelompok lempung non organik plastistas sedang/clay mid-

plasticity (CL) dengan nama jenis: lempung.

4.1.5.2 Sistem Klasifikasi AASHTO (American Association of State Highway and

Transporting Official).

Penyelesaian lanjutan dari data di atas dengan sistem klasifikasi AASHTO ialah

sebagai berikut:

F = 87,610%, karena lebih besar dari 35% lolos saringan No.200 maka tergolong jenis lanau

atau lempung.

GI= 7,725, karena GI > 0, maka klasisifikasi tanah mengarah pada kelompok A-2-6, A-2-7,

A-4, A-5, A-6 atau A-7.

LL= 31,33%, karena nilai LL < 40 (40 maks), maka klasisifikasi tanah mengarah pada

kelompok A-2-6, A-4 atau A-6.

68

PI = 9,29%, karena PI < 10 (10 maks), maka tergolong kelompok A-4.

Agar lebih jelas, klasifikasi AASHTO dengan batas-batas atterberg dapat dilihat pada

Gambar 4.4

Gambar 4.4 Klasifikasi Tanah menurut AASHTO

Sumber : Hardiyatmo (2010, p.66)

Analisa dan gambar diatas, bisa disimpulkan bahwa menurut klasifikasi AASHTO,

tanah yang digunakan dalam pengujian ini tergolong dalam kelompok A-4. Jika dikorelasikan

dengan klasifikasi USCS, maka tanah ini termasuk jenis tanah CL (clay low-plasticity).

4.2. Hasil Pengujian Kepadatan Tanah (Standart Proctor Test)

Pengujian proctor dilakukan untuk mengetahui kepadatan suatu tanah dari berat isi

keringnya pada kadar air optimum. Hasil inilah yang digunakan dalam menentukan kepadatan

pada model bendungan yang akan dibuat. Hasil pengujian ini dapat dilihat Gambar 4.5 pada

halaman berikutnya.

69

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kepadatan Tanah


Kesimpulan yang didapat dari perhitungan dan Gambar 4.5., diatas adalah bahwa

tanah ini memiliki kadar air optimum/optimum moisture content (OMC) sebesar 23,13%

dengan berat isi kering maksimum (γd maks) sebesar 0,645 g/cm3.

4.3. Hasil Uji Permeabilitas Tanah

Pengujian permeabilitas pada pengujian ini menggunakan metode falling head yang

menyatakan kemudahan aliran air melalui contoh tanah berbutir halus. Pengujian ini bertujuan

untuk mendapatkan nilai koefisien permeabilitas (k) yang digunakan dalam perhitungan debit

aliran yang melewati model. Hasil pengujian permeabilitas dapat dilihat pada Tabel 4.9.

Tabel 4.9

Hasil Uji Permeabilitas Tanah

No. No. Contoh Satuan Hari ke-1 Hari ke-2

1. Diameter dalam pipa (Ф) cm 1,5 1,5

2. Luas pot. dalam pipa (A1) cm2 1,768 1,768

3. Diameter contoh tanah (Ф) cm 6 6

4. Luas pot. contoh tanah (A1) cm2 28,26 28,26

5. Panjang contoh tanah (L) cm 3 3

6. Waktu (t) dt 86400 86400

7. tinggi air pada t1 (h1) cm 60,3 49,2

8. tinggi air pada t1 ( h2) cm 49,2 47

0.50 0.51 0.52 0.53 0.54 0.55 0.56 0.57 0.58 0.59 0.60 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 0.68 0.69 0.70

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00

Ber

at Is

i Ker

ing

(gr/

cm3

)

Kadar Air (%)

Grafik Hubungan Kepadatan Tanah

70

Tabel 4.9 Lanjutan

Hasil Uji Permeabilitas Tanah

9.

- 1,226 1,047

10. Log

- 0,088 0,020

11. A1 . L cm3 5,304 5,304

12. A1 .

cm 0,188 0,188

13.

0,000027 0.000027

14.

4,41395E-07 9,9254E-08

15. Suhu (T) oC 26 26

16.

3,8269E-07 8,60532E-08

17. koefisien rembesan (k) cm/dt 2,70325E-07


Dari Tabel 4.9, dapat disimpulkan bahwa tanah lempung yang digunakan dalam

penelitian ini memiliki koefisien rembesan (k) sebesar 2,70325 x 10-7

cm/dt. Tanah jenis ini

termasuk dalam tanah lempung yang bersifat tidak mudah lolos air.

4.4. Analisis Hasil Penelitian

Analisis dilakukan dengan menggunakan aplikasi Geostudio Seep/W 2012 dan

metode empiris menggunakan perhitungan Dupuit, Schaffernak dan Cassagrande.

4.4.1. Gambar Garis Freatis dan Perhitungan Debit dengan Aplikasi Geostudio

Seep/W 2012

Analisis yang digunakan dalam menghitung debit dan menggambar garis freatis pada

aplikasi Geostudio Seep/W 2012 ini adalah Steady-State analysis. Untuk mengetahui besarnya

debit outflow, penggambaran dari pola aliran garis freatis pada bendungan dan arah aliran

yang terjadi.

4.4.1.1. Hasil Perhitungan Debit Pada H=30 cm

Hasil Perhitungan Debit rembesan menggunakan aplikasi Geostudio Seep/W 2012

pada H=30 sebesar 7,3281x 10-7

cm3/dt.

71

Gambar 4.6 Total Head Model pada H=30 cm

Sumber: Analisis Software Geostudio Seep/w 2012

Gambar 4.7 Tekanan Air Pori pada H=30 cm


1

2 3

4

5

1

-250

-200

-150

-100 -50

0

0

50 100

150 200

250

0 sec

0 sec 0 sec

7,3281e-007 m³/sec

Distance

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

vation

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

1

2 3

4

5

1

8

1

0

1

2

1

4

1

6

1

8

2

0

2

2

2

4

2

6

2

8

0 sec

0 sec 0 sec

7,3281e-007 m³/sec

Distance

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

vation

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

72

Gambar 4.8 Tinggi Tekan pada H=30 cm


4.4.1.2 Hasil Perhitungan Debit Pada H=40 cm


pada H=40 cm sebesar 1,0727 x 10-6

cm3/dt.

Gambar 4.9 Total Head pada H=40 cm


1

2 3

4

5

1

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20 25

0 sec

0 sec 0 sec

7,3281e-007 m³/sec

Distance

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

vation

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

5

1

5

2

0

2

5

3

0

3

5

1,0727e-006 m³/sec

Distance (cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

va

tio

n (

cm

)

0

10

20

30

40

50

60

73





-150 -100

-50 0

50

100 150

200 250

300 350

1,0727e-006 m³/sec

Distance (cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

va

tio

n (

cm

)

0

10

20

30

40

50

60

-15

-10 -5

0

5 10

15 20

25 30

35

1,0727e-006 m³/sec

Distance (cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

va

tio

n (

cm

)

0

10

20

30

40

50

60

74

4.4.1.3 Hasil Perhitungan Debit Pada H=50 cm


pada H=50 cm sebesar 2,387 x 10-6

cm3/dt.

Gambar 4.12 Total Head pada H=50 cm




1

5

20

2

5

3

0

3

5

4

0

4

5

2,387e-006 m³/sec

Distance (cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

va

tion

(cm

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

-50 0 50

100 150

200 250

300

350

400 450

2,387e-006 m³/sec

Distance (cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

va

tion

(cm

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

75



4.4.2. Perhitungan Empirik Debit Rembesan Metode (Dupuit, Schaffernak dan

Cassagrande)

4.4.2.1 Perhitungan Debit Rembesan menggunakan Metode Dupuit

Dupuit menganggap bahwa gradien hidrolik (i) adalah sama dengan kemiringan

permukaan air freatik dan besarnya konstan dengan kedalamannya, yaitu i = dz/dx. Maka:

q =

Tabel 4.10

Perhitungan Debit Rembesan menggunakan Metode Dupuit

Hhulu Hhulu2 k d Hhilir Hhilir

2

k/(2d) q

(cm) (cm2) (cm/dt) (cm) (cm) (cm

2) (cm

3/dtk)

30 900 2,7033E-07 121,48 8,4 70,56 1,11E-09 9,23E-07

40 1600 2,7033E-07 103 14,7 216,09 1,31E-09 1,82E-06

50 2500 2,7033E-07 83 30,45 927,20 1,63E-09 2,56E-06


Contoh perhitungan pada pada Hhulu = 30 cm

Diketahui:

Hhulu = 30 cm Hhulu2 = 900 cm

Hhilir = 8,4 cm Hhilir2 = 70,56 cm

-5 0 5

10 15

20 25

30 35

40

45

2,387e-006 m³/sec

Distance (cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Ele

va

tion

(cm

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

76

k = 2,7032x10-7

cm/dt d = 121,48 cm

k/(2d) = 1,473x10-9

q =

= 1,473x10-9

(900 - 70,56)

= 9,23x10-7

cm3/dt

(Hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 4.10)

4.4.2.2 Perhitungan Debit Rembesan menggunakan Metode Schaffernak

Schaffernak menganggap permukaan freatik merupakan garis AB yang memotong

kemiringan hilir pada jarak a dari dasar lapisan kedap air. Berikut perhitungan selengkapnya:

Berikut contoh perhitungan menghitung debit pada H=30 cm

Diketahui:


= 360

= 0,727

= 0,809

= 0,655

= 0,588

= 0,345

k = 2,7033x10-7

cm/dt d = 121,48 cm

d2 = 14757,39 cm d/ = 150,158

=

= 141.217

= 150,158 – 141,217 = 8,940 cm

= 2,7033x10-7

x 8,940 x 0,588 x 0,727

= 1,0321x10-6

cm3/dt

(Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 4.11)

78

4.4.2.3 Perhitungan Debit Rembesan menggunakan Metode Cassagrande

Cassagrande mengusulkan cara menghitung tubuh bendungan melalaui model, di-

mana parabola AB berawal dari titik A’ dengan nilai A’A = 0,3 (AD). Nilai d yang di-gunakan

dalam metode Cassagrande merupakan jarak horizontal antara titik E dan C. Dirumuskan

perhitungan empirik sebagai berikut:

Berikut contoh perhitungan debit rembesan pada H=30 cm

Diketahui:


= 360

= 0,727

= 1,376 k = 2,7033x10

-7 cm/dt

= 0,588

= 0,345

d = 121,480 cm d2 = 14757,390 cm

= 125,129

= 116,270

= 8,860 cm

= 2,7033x10-7

x 8,860 x 0,345

= 8,275x10-7

cm3/dt

(Hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 4.12)

80

4.5. Karakteristik Tanah sebagai Timbunan pada Bendugan Urugan

Tanah adalah bahan yang paling penting untuk pembangunan sebuah bendungan

urugan, karena setiap bendungan urugan akan selalu menggunakan bahan ini, baik untuk

penimbunan hamper seluruh tubuh bendungan seperti halnya pada bendungan tanah, maupun

hanya untuk penimbunan-penimbunan pada zona-zona kedap air pada bendungan batu atau

bendungan zonal. (Sosrodarsono, 1981).

Karakteristik tanah sebagai bahan timbunan sangat berpegaruh dalam perencanaan

bendungan urugan, utamanya dalam mengatasi rembesan dalam tubuh bendungan urugan.

Berikut adalah karakteristik tanah lempung berdasarkan pengujian pada uraian-uraian

sebelumnya:

Tabel. 4.13

Karakteristik Tanah

Karakteristik Metode yang digunakan Nilai

Kadar Air Tes proctor standar OMC = 23,13 %

Kepadatan tanah kering Tes proctor standar 0,645 gr/cm3

Berat jenis tanah picnometer 2,5748 gr/cm3

Distribusi ukuran butiran Analisa ayakan dan

hidrometer

Sand Coarse to medium = 0,83%

Sand Fine = 11,56 %

Silt = 56,74 %s

Clay = 30,87 %

Batas Susut Air raksa 19,9 %

Batas Cair Casagrande exp 31,33 %

Batas Plastis Rolling 3 mm thread 22,04 %

Indeks Plastisitas LL - PL 9,287 %

Koefisien permeabilitas Falling head test 2,70325 x 10-7

cm/dt

Jenis Tanah USCS dan AASHTO CL

(Lempung dengan Plastisitas

Rendah)


Data dari Tabel 4.13., dapat digunakan untuk menentukan bagaimana karakteristik

tanah terhadap kesesuaian dan ketentuan sebagai material timbunan bendungan urugan.

Menurut Ir. Suyono Sosrodarsono (1981,p.80-81), berdasarkan jenis tanahnya (CL), tanah ini

81

memiliki nilai sebagai bahan timbunan yang stabil sehingga dapat dipergunakan untuk inti dan

lapisan kedap air. Apabila ditinjau dari koefisien permeabilitasnya dengan k = 2,70325 x 10-7

cm/dt dan berat jenis kering maksimal sebesar 0,645, maka tanah ini termasuk jenis tanah

dengan daya dukung pondasi yang kurang baik karena memiliki nilai baik – jelek, sedangkan

perannya dalam mencegah air rembesan, tanah ini memiliki karakteristik yang baik karena

tidak memerlukan drainasi di hilir bendungan maupun system pencegah rembesan lainnya.

4.6. Hubungan Ketinggian Muka Air terhadap Debit Rembesan

Sukirman (2014) dalam penelitiannya mengenai debit rembesan pada bendung tipe

urugan melalui uji hidrolik mengemukakan bahwa semakin tinggi elevasi muka air maka akan

semakin besar kecepatan rembesannya. Dengan kata lain bahwa semakin cepat rembesan

terjadi pada tubuh bendung, maka semakin cepat pula aliran sampai pada hilir bendung. Hal

ini mempengaruhi besar kecilnya debit yang terjadi di hilir bendung.

Semakin kecil tingkat kepadatan tanah maka semakin besar debit rembesan yang

dihasilkan. Hal ini disebabkan karena butiran tanah memiliki rongga-rongga yang mudah

dilalui air sehingga mempercepat terjadinya rembesan air yang melalui tubuh bendungan

(Maimun Rizalhadi, 2013).

Dari hasil penelitian menggunakan berbagai metode, yaitu: aplikasi geostudio seep/w

2012, perhitungan rumus Dupuit, Schaffernak dan Cassagrande memiliki hasil yang berbeda-

beda. Adapun rekapitulasi perhitungan debit dapat dilihat pada Tabel 4.14 dibawah ini.

Tabel 4.14

Rekapitulasi Perhitungan Debit

Ketinggian

Pada

Debit dari Aplikasi Debit Rumus Empirik

Geostudio Seep/W 2012 Dupuit Schaffernak Casagrande

(cm3/dtk) (cm

3/dtk) (cm

3/dtk) (cm

3/dtk)

H = 30 cm 7,328E-07 9,229E-07 1,032E-06 8,275E-07

H = 40 cm 1,073E-06 1,816E-06 2,276E-06 1,756E-06

H = 50 cm 2,387E-06 2,561E-06 5,223E-06 3,566E-06

Rerata 4,193E-06 5,300E-06 8,531E-06 6,149E-06


82

Gambar 4.15 Grafik Rekapitulasi Debit Rembesan


Pada tabel dan grafik di atas dengan kepadatan kondisi optimum moisture content

atau OMC (kadar air 23,13%) dapat dilihat bahwa pada ketinggian muka air 30 cm untuk

semua kondisi kepadatan memiliki nilai debit yang paling kecil daripada ketinggian 40 cm dan

pada ketinggian 50 cm. Perhitungan metode menggunakan Geostudio Seep/w 2012

menghasilkan debit sebesar 7,328x10-7

cm3/dt, dimana hasil tersebut mendekati perhitungan

metode Cassagrande dengan nilai debit 8,275x10-7

cm3/dt. Pada ketinggian muka air 40 cm,

perhitungan dengan metode Geostudio Seep/w 2012 memiliki nilai debit sebesar 1,073x 10-6

cm3/dt, nilai ini mendekati debit pada metode Dupuit dengan debit sebesar 1,816 x 10

-6 cm

3/dt.

Sedangkan debit paling besar terjadi pada ketinggian 50 cm sebesar 2,387x 10-6

cm3/dt,

dimana nilai debit ini lebih kecil dari metode Dupuit dengan debit sebesar 2,561x10-6

cm3/dt,

Cassagrande sebesar 3,566x10-6

cm3/dt dan Schaffernak sebesar 5,223x10

-6 cm

3/dt.

Secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 4.14 bahwa dari semua metode, metode

Cassagrande memiliki nilai debit yang paling kecil diantara metode lainnya, sedangkan

metode Schaffernak memiliki nilai debit yang paling besar pada tiap ketinggian dibandingkan

dengan metode perhitungan lainnya. Untuk debit pada masing-masing ketinggian, debit pada

pada ketinggian muka air 30 cm memiliki nilai debit yang paling kecil dari pada debit pada

ketinggian muka air 40 cm dan 50 cm. Sedangkan pada ketinggian muka air 50 cm memiliki

0.000E+00

1.000E-06

2.000E-06

3.000E-06

4.000E-06

5.000E-06

6.000E-06

7.000E-06

8.000E-06

Geostudio Seep/W 2012

Dupuit Schaffernak Casagrande

Deb

it (

x10

-7 c

m3

/dt)

Grafik Rekapitulasi Debit

H = 30 cm H = 40 cm H = 50 cm

83

nilai debit paling besar bila dibandingkan dengan ketinggian 30 cm dan 40 cm untuk semua

metode yang digunakan.

Sedangkan pada perhitungan debit menggunakan metode Geostudio Seep/w 2012,

debit yang dihasilkan memiliki nilai debit yang berbeda-beda tiap ketinggian dan kondisi

kepadatan. Hal ini karena metode Geostudio Seep/w 2012 memperhitungan nilai koefisien

permeabilitas, ketinggian muka air hulu dan hilir, nilai konsistensi batas cair dan nilai gradasi

butiran.Selain itu metode Geostudio Seep/w 2012 lebih dinilai mampu menggambarkan garis

freatis yang lebih akurat. Oleh karena itu, perhitungan dengan metode Geostudio Seep/w 2012

dinilai paling sesuai dalam menganalisis debit rembesan dan garis freatis.

Hasil perhitungan yang berbeda disebabkan karena setiap metode memiliki

karakteristik dengan kelebihan dan kekurangan masing-masing.

84


85

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan uraian yang telah dijelaskan pada bab-bab

sebelumnya, maka dapat disimpulkan bebera pahal berikut ini :

1. Berdasarkan klasifikasi USCS (Unified Soil Classification System) dan AASHTO

(American Association of State Highway and Transortation Officials), tanah yang

digunakan termasuk dalam jenis tanah lempung dengan plastistas rendah (CL) dengan

karakteristik memiliki kemampuan yang baik sebagai timbunan pada bendungan urugan

karena sifatnya yang kedap dengan koefisien permeabilitas 2,70325 x 10-7

cm/dt dan

berat isi kering maksimum sebesar 0,645 gr/cm3.

2. Debit yang dihasilkan dari perhitungan memiliki hasil yang berbeda sesuai dengan

komponen yang diperhitungkan dalam rumus yang digunakan. Adapun perhitungan

debit ditinjau berdasarkan ketinggian muka air hulu 30cm, 40cm dan 50cm dengan

kepadatan saat kondisi optimum moisture content (OMC) dengan kadar air sebesar

23,13% adalah sebagai berikut:

a. Perhitungan dengan analisis software Geostudio Seep/W 2012 menghasilkan debit

sebesar:

- Debit outflow yang dihasilkan dari masing-masing ketinggian 30cm, 40cm dan

50cm masing-masing sebesar 7,3281 x10-7

cm3/dt, 1,0727 x10

-6 cm

3/dt dan

2,387 x10-6

cm3/dt.

b. Perhitungan analitis menggunakan metode Dupuit adalah:



cm3/dt, 1,816 x10

-6 cm

3/dt dan 2,561

x10-6

cm3/dt.

c. Perhitungan analitis menggunakan metode Schaffernak adalah:



cm3/dt, 2,276 x10

-6 cm

3/dt dan 5,223

x10-6

cm3/dt.

d. Perhitungan analitis menggunakan metode Cassagrande adalah:

86

- Debit outflow yang dihasilkan dari masing-masing ketinggian 30cm, 40cm

dan 50cm masing-masing sebesar 8,275 x10-7

cm3/dt, 1,756 x10

-6 cm

3/dt dan

3,566 x10-6

cm3/dt.

e. Tinggi muka air di hulu berbanding lurus dengan debit outflow. Semakin tinggi

muka air pada hulu maka semakin besar debit outflow, begitu pula sebaliknya.

3. Ditinjau dari penggunaan software Geostudio Seep/w 2012 dalam menggambarkan

pola aliran garis freatis pada bendungan urugan di setiap ketinggian (30cm, 40cm dan

50cm) kondisi optimum moisture content (OMC) dengan kadar air sebesar 23,13%

pada penelitian ini dapat tergambar dengan baik garis freatis yang terjadi. Penggunaan

software Geostudio Seep/w 2012 dalam menggambarkan garis freatis dianggap lebih

mendekati kondisi aktual karena telah memperhitungkan faktor-faktor yang lebih

kompleks, seperti: gradasi butiran, kadar air tanah dan koefisien permeabilitas tanah.

5.2. Saran

Berdasarkan hasil analisa pengujian maka terdapat beberapa saran yang dapat

diberikan yaitu sebagai berikut :

1. Penelitian selanjutnya untuk dapat divariasi dengan tanah dengan jenis dan modifikasi

yang berbeda.

2. Penelitian untuk steady-state analysis ini dapat dikembangkan dengan perbandingan

dari beberapa perangkat lunak elemen hingga, seperti: program SEEP2D, program

PLAXIS dari belanda, program PC-SEEP/SEEP-W dari Geo-Slope Programming

Ltd.dan program-program lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

Azmeri,Rizalihadi, M..,&Yanita, I..(2013). Observasi Garis Freatis pada Model

Bendungan Berdasarkan Kepadatan Tanah Melalui Model Fisik. Jurnal Teoritis

dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil, Vol 20:1.

Budi, Gogot Setyo. (2011). Pengujian Tanah di Laboratorium (Penjelasan dan

Panduan).Yogyakarta: Graha Ilmu.

Das, Braja M. (1995). Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid 1.

Malang: Erlangga.

Das, Braja M. (1995). Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis) Jilid2.

Malang: Erlangga.

Hardiyatmo, Hary Christady. (2010). Mekanika Tanah 1. Yogyakarta: Gadjah Mada

University Press.

Ilmiatul, Nur. (2016). Kajian Garis Freatis Pada Tubuh Bendungan Urugan untuk

Mengatasi Rembesan Berdasarkan Kepadatan Tanah Modifikasi dengan Uji Model

Fisik. Skripsi. Tidak dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Lambe, T. William & Whitman, Robert V. (1969).Soil Mechanics.Massachusetts:

Massachusetts Institute of Technology.

Purnomo, S. J. Edy dan Soedarmo, G. Djatmiko.(1993).Mekanika Tanah I. Malang:

Kanisius.

Rahardjo, Endro. (1992). Simulasi Garis Depresi Debit Rembesan Bendungan Homogen

dengan Model Fisik. Skripsi. Tidak dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Soedarmo, G. Djatmiko&Purnomo, S. J. Edy.(1993). Mekanika Tanah 1.Malang: Kanisius.

Soedibjo.(2003). Teknik Bendungan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Sosrodarsono, Suyono. (1977).Bendungan Type Urugan.Jakarta: PT. Pradnya Paramita..

Standarisasi Nasional Indonesia.(2002). RSNI T-01-2002: Tata Cara Desain Tubuh

Bendungan Tipe Urugan. Jakarta: Badan Standarisasi Nasional Indonesia.

Sukirman, Sarino, Hakki, H. (2014). Analisis Rembesan pada Benduung Tipe Urugan

melalui Uji Hidrolik di Laboratorium Hidro FT Unsri. Jurnal Teoritis Teknik Sipil

dan Lingkungan Universitas Sriwijaya, Vol 2:2

skripsi - repository.ub.ac.idrepository.ub.ac.id/13017/1/muhammad aswin.pdf · berbentuk trapesium...

Documents