HUBUNGAN SIFAT FISIK TANAH DENGAN AIR TANAH (
[email protected])
AIR TANAH SIFAT FISIK TANAH Beberapa hal yang penting tentang tanah yang terkait aliran air tanah adalah: 1. Klasifikasi tanah 2. Kerapatan relatif 3. Ukuran butiran (efektif dan rata-rata) Sifat-sifat tanah berbutir halus (silt dan clay) biasanya ditentukan berdasarkan sifat plastisitasnya.
Ukuran butiran tanah Jenis Tanah
Ukuran
1. Lempung (clay)
< 0.002 mm (< 2 µm)
2. Lanau (silt)
0.002 – 0.060 mm
fine silt
0.002 – 0.006 mm
medium silt
0.006 – 0.020 mm
coarse silt
0.020 – 0.060 mm
3. Pasir (sand)
0.060 – 2.00 mm
Fine sand
0.060 – 0.200 mm
Medium sand
0.20 – 0.60 mm
Coarse sand
0.60 – 2.00 mm
4. Kerikil (gravel)
2.0 – 60 mm
5. Batuan (cobbles)
60 -200 mm
6. Bongkahan (boulders)
> 200 mm
Sumber : canadian foundation engineering.
Macam-macam Klasifikasi Tanah : 1. USDA (United state of department agricultural) 2. USCS (unified soil clasification system) 3. AASHTO (American association of State Highway and transportation officals
Tabel. 2.1. Batasan-batasan ukuran golongan tanah Sumber : Das (1987)
Ukuran Butiran (mm) Kerikil Pasir Lanau Lempung
Nama Golongan Massachussets Technology (MIT)
Institute
of
>2
2 - 0,06
0,06 - 0,002
< 0,002
U.S. Departement of Agriculture (USDA)
>2
2 - 0,05
0,05 - 0,002
< 0,002
American Association of and Transportation Officals (AASHTO)
76,2 -2
2 - 0,075
0,075-0,002
< 0,002
Unified Soil Classification System 76,2- 4,75 (U.S Bureau of Reclamation)
4,75-0,075 Halus (yaitu lanau lempung < 0,075)
dan
KLASIFIKASI -- USDA
Klasifikasi USCS (unified)
Klasifikasi AASHTO
Untuk tanah berbutir kasar (sand dan gravel) digunakan istilah Kerapatan Relatif (Dr)
e e max e min
= angka pori dari contoh tanah yang bersangkutan = angka pori terbesar yang bisa dicapai di lab. Dengan contoh tanah tersebut (angka pori dalam keadaan paling tidak padat) = angka pori terkecil yang bisa dicapai di lab dengan contoh tanah (dalam kondisi paling padat/dipadatkan)
Kondisi : Loose (lepas) Dr = 0 – 0.33 Medium (sedang) Dr = 0.33 – 0.67 Padat (dense) Dr = 0.67 – 1.0 Kerapatan relatif sangat erat dengan kekuatan geser dan kompresibilitas tanah burbutir kasar. Bahkan dengan kerapatan relatif yang rendah bisa menyebabkan gejala LIQUIFACTION (proses menjadi cair) bilamana terkena getaran mesin atau gempa bumi.
• Ukuran butiran efektif (d10) Menunjukkan ukuran butiran dimana 10% dari berat material yang ada lebih kecil daripada ukuran butiran tersebut. ukuran butiran ini biasanya dipakai sebagai standar untuk kepentingan yang terkait dengan mekanika tanahdan aliran air tanah. Sebagai contoh untuk perhitungan hidraulik konduktivity (K) • Ukuran Butiran Rata-rata (dm) Menunjukkan ukuran butiran yang bersesuaian dengan 50% prosentase lolos. • Koefisien keseragaman Cu = d60 / d10
Formula K terkait sifat fisik tanah • Formula Hazen (1911) K = C. D102 dimana; K = dalam cm/detik d10 = ukuran butiran efektif (mm) C = konstanta (1/cm.detik) dengan harga 40 – 150 Untuk berbagai jenis tanah pasir, nilai C adalah: 40 – 80 pasir sangat halus sampai pasir halus gradasi buruk 80 – 120 pasir medium sampai pasir kasar gradasi buruk 120 – 150 pasir kasar gradasi baik
• Persamaan konduktivitas hidrolik berdasarkan diameter butiran, kerapatan air dan viskositas: K = {ρ g /µ}. Cd102 persamaan ini berlaku untuk jenis tanah yang seragam, jika tanah tidak seragam maka d harus diganti dengan dm yaitu diameter butiran ratarata. C merupakan koefisien yang tergantung bentuk butiran. K berbanding terbaik dengan viskositas dinamik fluida, semakin besar viskositasnya (fluida semakin kental) maka nilai K menjadi kecil.
• Persamaan Kozeny-Carman (1937) • Dimana: ρ = kerapatan air (kg/m3) µ = viskositas air (pascal detik) N = porositas (%) Dm = rata-rata ukuran butiran (mm)
Porositas (kesarangan) • Kesarangan adalah semua lubang yang tidak terbatas ukurannya pada suatu massa, kemungkinan bisa teriri oleh air (suharyadi, 1984) • Das, BM mendifinisikan porositas sebagai perbandingan antara volume pori dengan volume total tanah ( n = vv/vt)
Hal-hal yang mempengaruhi kesarangan 1. Pemadatan (kompaksi). Lempung mempunyai kesarangan 80% - 90%, namun setelah ditimbun dengan material lain akan mengalami pemadatan dan kesarangannya dapat berkurang menjadi 30% - 40% 2. Sementasi , dapat memperkecil kesarangan 2% - 3% 3. Bentuk, ukuran, sortasi 4. Susunan butir
Kesarangan efektif Adalah perbandingan antara volume pori (rongga) yang saling berhubungan dengn volume total batuan dinyatakan dalam persen (%) atau disebut kesarangan relatif. Berikut nilai kesarangan menurut TODD (suharyadi, 1984) No
Material
Kesaranga n (%)
No.
Material
Kesaranga n (%)
1. 2. 3. 4.
Tanah (soil) Lempung Lumpur (silt) Pasir sedang dan kasar Pasir Seragam
50 – 60 45 – 55 40 – 50 35 – 40
6.
30 – 35
30 - 40
9. 10. 11.
Pasir halus dan sedang Kerikil Kerikil dan pasir Batu pasir Shale Batugamping
5.
7. 8.
30 – 40 20 – 35 10 – 20 1 – 10 1 - 10
Kesarangan (n) pada batuan endapan (sedimentary rock) menurut Walton No
Material
Kesarangan (%)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Lempung Pasir Kerikil Pasir dan Kerikil Batupasir Shale Batugamping
45 – 55 35 – 40 30 – 40 20 – 35 10 – 20 1 – 10 1 – 10
Kesarangan besar jika, n ≥ 20% Kesarangan sedang, n = 5 – 20% Kesarangan kecil < 5%
Penyebaran Vertikal Air Tanah SOIL WATER Zone of aeration (unsaturated)
PELLICULAR & (GRAVITATIONAL WATER) CAPILLARY WATER MUKA AIR TANAH
(saturation zone)
GROUNDWATER (AIR TANAH)
Penyebaran Vertikal AirTanah
SUSPENDED WATER (VADOSE WATER)
• Pada “zone of aeration” lubang-lubangnya sebagian terisi oleh air dan sebagian lainnya terisi oleh udara (belum jenuh) • Airnya disebut “suspended water (vadose)” • Pada “zone of saturation” lubang porositas sudah terisi oleh air dan punya tekanan hidrostatis. Airnya disebut “groundwater” (air tanah). Batas kedua zone tersebut adalah bidang “phreatic” mungkin berupa muka air tanah (water table) apabila tidak ada lapisan kedap air.
Zone tidak jenuh air (zone of aeration) • Air pada zone ini dibagi tiga, yaitu : 1. Soil water zone: 2. Intermediate vadose zone 3. Capillary zone Air pada “soil water zone” kurang jenuh , kecuali ada air hujan dan atau irigasi yang meresap. Zone ini terletak mulai permukaan tanah sampai pada zone perakaran tumbuh-tumbuhan.
• Ketebalan zone ini bervariasi tergantung jenis tanah dan tumbuh-tumbuhannya. Pada zone ini sangat penting artinya bagi ahli-ahli pertanian dan ahli tanah. • Dibawahnya ada zone “intermediate vadose zone” ketebalannya bervariasi dari 0 (yang mempunyai muka air tanah dangkal) sampai lebih 100m (daerah yang mukaair tanah sangat dalam). Air di zone ini bergerak vertikal turun. • Pada zone “intermediate vadose zone” terdapat 2 macam air yang disebut “pellicular water”, airnya tidak bergerak sebab tertahan oleh gaya higroskopis dan daya kapiler. Sedangkan yang lainnya bergerak vertikal turun karena adanya gaya berat disebut “Gravitational water”. • Zone terbawah disebut “capillary Zone” yang mempunyai ketebalan dari muka air tanah ke atas sampai batas kenaikan air.
Peristiwa kapilaritas pada suatu tabung kapiler (Fredlund dan Rahardjo, 1993) dikutip dari asmaranto (2001)
2πr.Ts cos θ = π r 2 hc γ w
hc = 2 Ts cosθ / r γ w
Ts = tegangan permukaan (surface tension) θ = sudut kontak antara dinding tabung kapiler dengan Ts γw = berat volume air
Struktur air meniskus pada tanah tidak jenuh (Hilf, 1975) dikutip dari asmaranto (2001)
Zone Jenuh Air (Saturation zone) • Pada zone ini seluruh lubang pori terisi air • Air didalam kesarangan (pori) tidak seluruhnya dapat diambil (dipompa) • Sebagian air akan tertinggal disebut sebagai “retained water” yang disebabkan adanya tenaga molekuler dan tegangan permukaan • Air yang tertinggal dapat dinyatakan dengan “spesific retention” (Sr)
• Specific retention adalah perbandingan air yang tertahan dalam tanah yang jenuh setelah diadakan pemompaan dibandingkan volume total batuan atau tanah dinyatakan dalam persen (%) • Sr = (Wr / V) x 100% • Kebalikan dari spesific retention disebut sebagai “specific Yield”, (Sy) atau kesarangan efektif ialah perbandingan dalam persen (%) volume air yang dapat diambil dari tanah atau batuan yang jenuh air dibandingkan dengan volume total batuan atau tanah. • Sy = (Wy/V) x 100%
Nilai Specific Yiled & berbagai macam batuan (TODD, et al. 1980) No.
Material
Sy (%)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14
Kerakal kasar Kerakal Kerikil Pasir Kasar Pasir Sedang Pasir Halus Lumpur Lempung Batupasir Halus BatuPasir sedang Batu Gamping Sanddune Sekis Tuf
23 24 25 27 28 23 8 3 21 27 14 38 26 21
Specific Yield & berbagai macam batuan (Walton wc, 1970) No.
Material
Sy
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Lempung Pasir Kerikil Pasir dan Kerikil Batupasir Shale Batu gamping
1 – 10 10 – 30 15 – 30 15 – 25 5 – 15 0.5 – 5 0.5 - 5
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya specific yield adalah : 1. Pemadatan (harga Sy biasanya berkurang seiring dengan kedalaman) 2. Besar Butir 3. Bentuk pori
Hasil fotomikrografi tanah Mojokerto silty loam (asmaranto, 2011)
1,50 1,50 1,40
1,40
1,30
1,30
1,20
1,20
1,10
e 1,10
1,00
1,00
0,90
0,90
A
0,80 10
20
w30c (%)
40
50
100 90 80 70 60 50 40 30 20
B
0,80 60
10
11
100
γ12 d (kN/m3)
13
14
90 80
Sr 70 (%)60 50 40
C 10
20
30
40
50
30 60
D
20 10
11
12
13
14
60 50
wcSiklus (%) 1x Siklus 2x Siklus 4x Siklus 6x
γd (kN/m3)
40
wc (%)30 20
E
10 10
11
12
13
14
Hubungan sifat fisik tanah (asmaranto, 2011)
