Syamsuddin - FISIKA TANAH

PENULISAN BUKU AJAR

FISIKA TANAH

PENULIS

SYAMSUDDIN, S.Si, MT

Dibiayai oleh dana DIPA BLU Universitas Hasanuddin tahun 2012

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN2012

LKPP UNHAS

ii

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS HASANUDDIN

LEMBAGA KAJIAN DAN PENGEMBANGAN PENDIDIKANJl. Perintis Kemerdekaan KM 10, Makassar 90245;

Telp 0411 586200 ext 1064; Fax 0411 585188; email [email protected]

HALAMAN PENGESAHAN

HIBAH PENULISAN BUKU AJAR BAGI TENAGA AKADEMIKUNIVERSITAS HASANUDDIN 2012

Judul Buku/Mata Kuliah : Fisika TanahNama Lengkap : Syamsuddin, S.Si, MTPenanggung Jawab Penulisan : Syamsuddin, S.Si, MTN I P / N I D N : 19740115 200212 1 001Pangkat/Golongan : Penata Muda Tk I / IIIbProgram Studi : GeofisikaFakultas : MIPAEmail : [email protected] Tim Penulis : 1. -

2. -

Biaya : Rp 5.000.000,- (lima juta rupiah)Dibiayai oleh dana DIPA BLU Universitas Hasanuddin tahun 2012 sesuai SK Rektor Unhas No

Makassar, 28 November 2012Dekan Fakultas MIPA Penanggungjawab Penulisan

Prof. Dr. H. Abd. Wahid Wahab, M.Sc. Syamsuddin, S.Si, MTNIP. 19490827 197602 1 001 NIP. 197401152002121001

Mengetahui,Ketua Lembaga Kajian dan Pengembangan Pendidikan

Prof. Dr. Ir. Lellah Rahim, M.Sc.NIP. 19630501 198803 1 004

iii

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS HASANUDDIN

LEMBAGA KAJIAN DAN PENGEMBANGAN PENDIDIKANJl. Perintis Kemerdekaan KM 10, Makassar 90245;

Telp 0411 586200 ext 1064; Fax 0411 585188; email [email protected]

Surat Pernyataan

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Syamsuddin, S.Si, MT

NIDN : 0015017405

Telp/HP : 0812 4262 3874

Program Studi : Geofisika

Judul Buku : Fisika Tanah

Dengan ini menyatakan siap dan sanggup:

1. Bekerja sama dengan fasiltator penulisan buku ajar yang ditunjuk PKPAI-

LKPP Unhas

2. Menyelesaikan penulisan buku ajar tersebut di atas sesuai jadwal yang

ditentukan Panitia Hibah Penulisan Buku Ajar Universitas Hasanuddin Tahun

2012.

3. Paling lambat tanggal 30 November 2012 menyerahkan tiga eksemplar buku

itu dalam bentuk hardcover (“jilid tesis”), ditambah dua eksemplar dalam

bentuk jilid antero biasa, dan satu softcopy dalam file doc atau pdf dalam satu

CD ke Panitia Hibah Penulisan Buku Ajar Unhas Tahun 2012.

Demikian pernyatan ini saya buat dengan sungguh sungguh.

Makassar, 10 September 2012.

Mengetahui Penulis/Penggungjawab

(Ganding Sitepu) (Syamsuddin)

NIDN: 0025046001 NIDN: 0015017405

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur kekhadirat Allah SWT atas Rahmat dan HidayahNya sehingga bahan ajar ini

dapat diselesaikan. Semoga dengan bahan ajar ini dapat memberikan motivasi kepada

mahasiswa untuk memahami fisika tanah. Bahan ajar ini sebagai pedoman dan acuan

sebagaimana dalam GBRP untuk dijadikan batasan dalam mempelajari fisika tanah. Oleh

karena itu mahasiswa dapat mencari referensi lain untuk melengkapi materi yang disajikan

dalam bahan ajar ini.

Fisika tanah merupakan matakuliah pilihan tetapi dibutuhkan di program studi Geofisika

jurusan Fisika Fakultas MIPA UNHAS. Fisika tanah di pertanian dikenal dengan nama

“Ilmu Tanah”, di sipil namanya “mekanika tanah” dan masih banyak disiplin ilmu yang

belajar tentang tanah.

Pada matakuliah fisika tanah dikaji tentang sifat fisis, komposisi, mekanika, dan

konservasi tanah serta metode pendukung fisika tanah. Fisika tanah merupakan matakuliah

yang sebenarnya memerlukan praktikum karena identifikasi sifat-sifat fisis tanah

diperlukan eksperimen, baik di lapangan maupun di laboratorium. Namun pada

kenyataannya matakuliah ini tidak memiliki praktikum. Semoga kedepannya praktikum

matakuliah ini dapat diaplikasikan secara nyata.

Walaupun matakuliah ini pilihan tetap sangat bermanfaat bagi mahasiswa terutama setelah

menyelesaikan studinya. Karena segala aktifitas di bumi ini berkaitan dengan tanah, baik

secara langsung maupun tidak langsung.

Penulis menyadari bahwa bahan ajar ini jauh dari kesempurnaan yang disebabkan oleh

keterbasan baik waktu maupun pengetahuan penulis. Oleh karena itu saran dan bantuan

semua pihak sangat kami butuhkan demi kesempurnaan bahan ajar fisika tanah ini.

Makassar, November 2012

Penulis

v

DAFTAR ISI

Halaman Sampul --------------------------------------------------------------------------------------- i

Halaman Pengesahan ---------------------------------------------------------------------------------- ii

Surat Pernyataan Penulis----------------------------------------------------------------------------- iii

Kata Pengantar ---------------------------------------------------------------------------------------- iv

Daftar Isi ------------------------------------------------------------------------------------------------ v

Senarai Kata Penting (Glosarium) ----------------------------------------------------------------viii

BAB 1 PENDAHULUAN --------------------------------------------------------------------------- 1

1.1. Profil Lulusan Program Studi Geofisika----------------------------------------------------- 1

1.2. Kompetensi Lulusan Program Studi Geofisika--------------------------------------------- 1

1.3. Analisis Kebutuhan Pembelajaran------------------------------------------------------------ 3

1.4. Garis Besar Rencana Pembelajaran ---------------------------------------------------------- 4

BAB 2 PENGANTAR FISIKA TANAH----------------------------------------------------------- 6

2.1. Pendahuluan ------------------------------------------------------------------------------------- 6

2.2. Definisi ------------------------------------------------------------------------------------------ 6

2.3. Konsep Tanah ----------------------------------------------------------------------------------- 7

2.4. Penutup ------------------------------------------------------------------------------------------ 9

2.5. Daftar Bacaan ----------------------------------------------------------------------------------- 9

BAB 3 SIFAT FISIS DAN MORFOLOGI TANAH --------------------------------------------10

3.1. Pendahuluan ------------------------------------------------------------------------------------10

3.2. Definisi ------------------------------------------------------------------------------------------10

3.3. Sifat Fisis dan Morfologi Tanah ------------------------------------------------------------11

3.4. Penutup -----------------------------------------------------------------------------------------24

3.5. Daftar Bacaan ----------------------------------------------------------------------------------24

BAB 4 KLASIFIKASI DAN KOMPOSISI TANAH -------------------------------------------25

4.1. Pendahuluan -----------------------------------------------------------------------------------25

4.2. Definisi -----------------------------------------------------------------------------------------25

4.3. Sistem Klasifikasi Tanah ---------------------------------------------------------------------25

4.4. Sistem Klasifikasi Tanah ---------------------------------------------------------------------30

4.5. Penutup -----------------------------------------------------------------------------------------34

4.6. Daftar Bacaan ----------------------------------------------------------------------------------34

BAB 5 AIR DALAM TANAH ---------------------------------------------------------------------35

5.1. Pendahuluan -----------------------------------------------------------------------------------35

vi

5.2. Definisi -----------------------------------------------------------------------------------------35

5.3. Pembentukan dan Pergerakan Air Tanah --------------------------------------------------37

5.4. Penutu -------------------------------------------------------------------------------------------46

5.5. Bahan Bacaan ----------------------------------------------------------------------------------47

BAB 6 KONSEVASI TANAH DAN AIR -------------------------------------------------------48

6.1. Pendahuluan -----------------------------------------------------------------------------------48

6.2. Definisi -----------------------------------------------------------------------------------------48

6.3. Erosi ---------------------------------------------------------------------------------------------49

6.4. Metode Konservasi Tanah dan Air ---------------------------------------------------------54

6.5. Konservasi Air ---------------------------------------------------------------------------------61

6.6. Kualitas Air ------------------------------------------------------------------------------------73

6.7. Penutup -----------------------------------------------------------------------------------------78

6.8. Bahan Bacaan ----------------------------------------------------------------------------------78

BAB 7 PENGANTAR GETEKNIK ---------------------------------------------------------------79

7.1. Pendahuluan -----------------------------------------------------------------------------------79

7.2. Definisi -----------------------------------------------------------------------------------------79

7.3. Mekanika Tanah -------------------------------------------------------------------------------80

7.4. Penutup -----------------------------------------------------------------------------------------82

7.5. Daftar Bacaan ----------------------------------------------------------------------------------82

BAB 8 TEGANGAN EFEKTIF DAN KUAT GESER TANAH -----------------------------83

8.1. Pendahuluan -----------------------------------------------------------------------------------83

8.2. Definisi -----------------------------------------------------------------------------------------83

8.3. Konsep Tegangan Total dan Efektif --------------------------------------------------------83

8.4. Kuat Geser Tanah -----------------------------------------------------------------------------90

8.5. Penutup -----------------------------------------------------------------------------------------94

8.6. Daftar Bacaan ----------------------------------------------------------------------------------95

BAB 9 DAYA DUKUNG DAN KONSOLIDASI TANAH -----------------------------------96

9.1. Pendahuluan -----------------------------------------------------------------------------------96

9.2. Definisi -----------------------------------------------------------------------------------------96

9.3. Daya Dukung Tanah --------------------------------------------------------------------------96

9.4. Konsolidasi ----------------------------------------------------------------------------------- 104

9.5. Penutup --------------------------------------------------------------------------------------- 107

9.6. Daftar Bacaan -------------------------------------------------------------------------------- 107

BAB 10 LIKUIFAKSI ---------------------------------------------------------------------------- 108

vii

10.1. Pendahuluan --------------------------------------------------------------------------------- 108

10.2. Definisi --------------------------------------------------------------------------------------- 108

10.3. Ketika Tanah Mencair ---------------------------------------------------------------------- 109

10.4. Penutup --------------------------------------------------------------------------------------- 113

10.5. Daftar Bacaan -------------------------------------------------------------------------------- 113

BAB 11 STABILITAS LERENG --------------------------------------------------------------- 114

11.1. Pendahuluan --------------------------------------------------------------------------------- 114

11.2. Definisi --------------------------------------------------------------------------------------- 114

11.3. Lereng ----------------------------------------------------------------------------------------- 114

11.4. Faktor-Faktor Penyebab Terjadinya Tanah Longsor ----------------------------------- 118

11.5. Jenis-Jenis Tanah Longsor ----------------------------------------------------------------- 120

11.6. Kestabilan Lereng --------------------------------------------------------------------------- 124

11.7. Penutup --------------------------------------------------------------------------------------- 126

11.8. Daftar Bacaan -------------------------------------------------------------------------------- 126

BAB 12 DUKUNGAN METODE GEOFISIKA DALAM FISIKA TANAH------------- 127

12.1. Pendahuluan --------------------------------------------------------------------------------- 127

12.2. Definisi --------------------------------------------------------------------------------------- 127

12.3. Metode Seismik ----------------------------------------------------------------------------- 127

12.4. Metode Geolistrik --------------------------------------------------------------------------- 134

12.5. Penutup --------------------------------------------------------------------------------------- 142

12.6. Daftar Bacaan -------------------------------------------------------------------------------- 142

Evaluasi ---------------------------------------------------------------------------------------------- 143

Daftar Pustaka -------------------------------------------------------------------------------------- 144

viii

GLOSARIUM

1. Tanah : material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral padat yang terikat secara

kimia satu sama lain dengan ruang-ruang kosong antar butir yang diisi zat cair dan gas

2. Solum : bagian kerak bumi yang tersusun dari mineral dan bahan organik

3. Pedologi : ilmu yang mempelajari proses pembentukan tanah & faktor pembentuknya,

klasifikasi tanah, survei & cara pengamatan di lapangan

4. Fisika tanah : Ilmu yang mempelajari sifat-sifat fisis tanah seperti tekstur tanah,

struktur, konsistensi, kandungan & gerakan air di dalam tanah, serta suhu tanah, dll

5. Horison tanah : lapisan- lapisan tanah yang terbentuk karena hasil dari proses

pembentukan tanah

6. Profil tanah : penampang vertikal dari tanah yang menunjukan susunan horison tanah

7. Warna tanah : campuran komponen lain yang terjadi karena mempengaruhi berbagai

faktor atau persenyawaan tunggal

8. Tekstur tanah : perbandingan relatif dari partikel-partikel atau fraksi-fraksi primer

tanah, yaitu pasir, debu, liat dan lempung atau dilapangan dikenal dengan rasa

kekasaran atau kehalusan dari tanah

9. Tanah kohesif : Tanah yang mempunyai partikel-partikel yang melekat satu sama lain

setelah dibasahi dan setelah kering diperlukan gaya yang cukup besar untuk

meremasnya, maka tanah tersebut

10. Struktur tanah : penyusunan partikel-partikel tanah primer seperti pasir, debu dan liat

membentuk agregat-agregat, yang satu agregat dengan lainnya dibatasi oleh bidang

belah alami yang lemah

11. Ped : Agregat yang terbentuk secara alami

12. Clod : bongkah tanah hasil pengolahan tanah

13. Kadar air (water content) : perbandingan antara berat air dan berat butiran padat dari

volume tanah yang diselidiki

14. Angka pori : perbandingan antara volume pori dan volume butiran padat

15. Porositas : perbandingan antara volume pori dan volume tanah total

16. Derajat kejenuhan : perbandingan antara volume air dan volume pori

17. Berat volume : berat tanah per satuan volume

18. Batas susut : transisi dari keadaan padat ke keadaan semi padat

19. Batas plastis : transisi dari keadaan semi padat ke keadaan plastis

20. Batas cair : keadaan plastis ke keadaan cair

ix

21. Infiltrasi : proses masuknya air dari permukaan ke dalam tana.

22. Perkolasi : gerakan aliran air di dalam tanah (dari zone of aeration ke zone of

saturation)

23. Klasifikasi tanah : suatu pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda tapi

mempunyai sifat yang serupa ke dalam kelompok-kelompok berdasarkan

pemakaiannya

24. Mineral primer : mineral yang berasal langsung dari batuan yang lapuk

25. Mineral sekunder : mineral bentukan baru yang terbentuk selama pembentukan tanah

26. Siklus meteorik : telah melalui proses penguapan (evaporation) dari laut, danau,

maupun sungai; lalu mengalami kondensasi di atmosfer, dan kemudian menjadi hujan

yang turun ke permukaan bumi

27. Air tanah : air yang bergerak di dalam tanah yang terdapat di dalam ruang antar butir-

butir tanah yang meresap ke dalam tanah dan bergabung membentuk lapisan tanah

28. Akifer : ruang antar butir yang dapat menyimpan air

29. Lapisan permeable : lapisan yang mudah dilalui oleh air tanah

30. Lapisan impermeable : lapisan yang sulit dilalui air tanah

31. Air gantung : air yang berada pada zona tak-jenuh

32. Air solum : air gantung yang terdapat dekat permukaan hingga tersedia bagi akar

tetumbuhan

33. Air merambut ; air yang tersimpan dalam ruang merambut

34. Air tanah preatis : air tanah yang letaknya tidak jauh dari permukaan tanah serta berada

di atas lapisan kedap air

35. Infiltrasi : peristiwa masuknya air ke dalam tanah yang umumnya melalui permukaan

dan secara vertical

36. Rembesan lateral : air dalam tanah tidak bergerak secara vertikal, melainkan horizontal

37. Water table : permukaan air tanah atau batas atas muka air tanah

38. Zona saturasi air : lapisan tanah yang terisi air tanah

39. Akiklud : suatu formasi yang berisi air tetapi tidak dapat memindahkannya dengan

cukup cepat untuk melengkapi persediaan yang berarti pada sumur atau mata air

40. Pencemaran air tanah : suatu keadaan air yang telah mengalami penyimpangan dari

keadaan normalnya

41. Konservasi tanah : upaya untuk mencegah kerusakan tanah oleh erosi dan memperbaiki

tanah yang rusak oleh erosi

x

42. Konservasi air : penggunaan air hujan yang jatuh ke tanah untuk pertanian seefesien

mungkin dan mengatur waktu aliranagar tidak terjadi banjir yang merusakdan terdapat

cukup air pada waktu musim kemarau

43. Erosi : peristiwa pindahnya atau terangkutnya tanah atau bagian-bagian tanah dari

suatu tempat ke tempat lain oleh media alami

44. Metode vegetatif : metode yang mempenggunakan tanaman dan tumbuhan untuk

mengurangi jumlah dan kecepatan aliran permukaan tanah

45. Metode mekanik : semua perlakuan fisik mekanis yang diberikan terhadap tanah dan

pembuatan bangunan untuk mengurangi aliran permukaan dan erosi, dan

meningkatkan kemampuan penggunaan tanah

46. Berat tanah efektif : berat tanah yang terendam air

47. Tegangan efektif : tegangan yang terjadi akibat berat tanah efektif di dalam tanah

48. Kuat geser tanah : kemampuan tanah melawan tegangan geser yang terjadi

49. Daya dukung : kemampuan tanah memikul tekanan atau tekanan maksimum yang

diijinkan bekerja pada tanah pondasi

50. Konsolidasi : peristiwa mampatnya tanah karena menderita tambahan efektif

51. Pondasi : bagian yang paling penting dari sistem rekayasa konstruksi yang bertumpu

pada tanah

52. Tanah teoritis : tanah yang belum mengalami konsolidasi meskipun oleh beratnya

sendiri

53. Likuifaksi tanah : suatu perilaku tanah yang mengalami perubahan tiba-tiba dari

kondisi padat ke kondisi mencair, atau memiliki sifat seperti air berat.

54. Longsoran : pergerakan masa tanah atau batuan sepanjang bidang gelincir atau suatu

permukaan bidang geser.

55. Lereng : permukaan bumi yang membentuk sudut kemiringan tertentu dengan bidang

horisontal.

56. Kestabilan lereng : stabilitas lereng yang mantap bila diberi beban di atasnya

57. Faktor keamanan : besarnya momen penahan per momen penggerak

58. Metode seismik : metode Geofisika yang menggunakan perambatan gelombang

mekanik

59. Metode resistivtas : salah satu metode geolistrik yang mempelajari sifar resistivitas/

konduktivitas listrik dari lapisan batuan di dalam bumi

Fisika Tanah - 1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Profil Lulusan Program Studi Geofisika

Lulusan PS Geofisika umumnya memiliki nilai indeks prestasi kumulatif (IPK) di atas rata-

rata nilai standar IPK yang disyaratkan dunia kerja (2,75). Berdasarkan tabel-1 di bawah,

IPK rata-rata lulusan PS Geofisika dari tahun ajaran 2006/2007 hingga tahun ajaran

2010/2011 adalah 3,08.

Tabel-1 Profil Lulusan PS Geofisika Berdasarkan Tahun Lulus dan IPKTahun Lulus

IPK<2,75 IPK 2,75~3 IPK>3 Total pertahun

Rata-rataJumlah % Jumlah % Jumlah %

1 2 3 4 5 6 7 8 92006/2007 0 - 3 21.43 11 8.57 14 3.09

2007/2008 1 2.70 11 29.73 25 7.57 37 3.07

2008/2009 1 3.33 7 23.33 22 73.33 30 3.10

2009/2010 0 - 4 16.00 21 84.00 25 3.16

2010/2011 2 7.14 6 21.43 20 71.43 28 3.12

Total 4 2.99 31 23.13 99 73.88 134 3.08

Lulusan PS Geofisika umumnya menyelesaikan studi dalam kisaran waktu rata-rata 5,6

tahun atau 5 tahun 7 bulan sebagaimana tertuang dalam tabel-2. Waktu studi mahasiswa PS

Geofisika tergolong masih cukup lama, karena itu PS Geofisika mengupayakan agar

penyelesaian studi mahasiswa dapat dipercepat menjadi rata-rata 4 tahun, diantaranya

dengan merevisi kurikulum PS Geofisika yang sesuai dengan kebutuhan stakeholder.

Tabel-2 Profil Lulusan PS Geofisika berdasarkan Tahun Lulus dan Lama Studi

Tahun lulus

Lama Studi (tahun)Total

LulusanLama Studi rata-rata

4.0-4.5 4.5-5.0 >5.0Total % Total % Total %

2006/2007 1 0.25 0 0.00 3 75.00 4.0 5.602007/2008 0 0.00 0 0.00 12 100.00 12.0 6.002008/2009 12 0.67 0 0.00 6 33.33 18.0 5.482009/2010 1 0.17 0 0.00 5 83.33 6.0 5.152010/2011 0 0.00 0 0.00 7 100.00 7.0 5.15

Total 14 1.5 0 0.0 33 650.3 98 5.60

1.2. Kompetensi Lulusan Program Studi Geofisika

Lulusan Program Studi Geofisika diharapkan dapat memenuhi kompetensi program studi

yang dijabarkan dalam lima elemen kompetensi yaitu:

a. landasan kepribadian;

Fisika Tanah - 2

b. penguasaan ilmu dan keterampilan;

c. kemampuan berkarya;

d. sikap dan perilaku dalam berkarya menurut tingkat keahlian berdasarkan ilmu dan

keterampilan yang dikuasai;

e. pemahaman kaidah berkehidupan bermasyarakat sesuai dengan pilihan keahlian dalam

berkarya.

Berdasarkan elemen kompetensi tersebut disusun substansi kajian pada Program Studi

Geofisika, yaitu:

1. Fisika Bumi

2. Geologi

3. Oseanografi

4. Geografi

5. Meteorologi

6. Fisika

Berdasarkan substansi kajian tersebut dijabarkan kompetensi lulusan Program Studi

Geofisika, sebagai berikut :

a. Kompetensi Utama (U)

1. Menjunjung tinggi norma, tata nilai, moral, agama, etika dan tanggung jawab

profesional sebagai sarjana geofisika.

2. Memiliki pengetahuan dasar geofisika secara komprehensif sehingga mereka dapat

berprofesi sebagai ahli geofisika melalui penguasaan secara operasional sains dasar

(matematika, fisika, kimia, biologi, geologi), disamping ilmu geofisika secara umum.

3. Memiliki kemampuan dan keterampilan dalam melakukan permodelan matematis/

model fisis berbagai proses geofisika.

4. Memiliki pengetahuan keahlian dalam merancang dan melaksanakan survei geofisika

praktis secara lengkap (pengumpulan data, pemrosesan data, dan interpretasi) dan

menuangkan hasilnya dalam bentuk laporan penelitian.

5. Memiliki penguasaan secara operasional semua metode geofisika (a.l. seismik,

gravitasi, magnetik, elektrik, elektromagnetik, termik, radio-aktivitas), metode

survey hidro-oseanografi dan prediksi cuaca yang akurat.

Fisika Tanah - 3

b. Kompetensi Pendukung (P)

1. Mampu berkomunikasi secara efektif dalam bidang geofisika khususnya dan

masyarakat luas dalam bahasa Indonesia dan bahasa Inggris.

2. Memiliki kemampuan untuk mengaplikasikan ilmu-ilmu geofisika dalam melakukan

mitigasi dan adaptasi bencana alam.

3. Mandiri untuk belajar lebih lanjut (mengembangkan diri) dan berfikir secara logis

dan analitis untuk menyelesaikan masalah-masalah yang dihadapi secara profesional.

c. Kompetensi Lainnya

1. Memiliki pemahaman, kesadaran dan kearifan tentang berbagai aspek sosial,

ekonomi dan budaya akibat dampak laju perkembangan IPTEKS yang pesat.

2. Memiliki integritas, adaptif, mampu bekerjasama (team work) dan memiliki etika

ilmiah yang tinggi baik dalam lingkungan kerja maupun dalam berkehidupan di

masyarakat.

3. Memiliki kesadaran, kepedulian dan komitmen terhadap perlindungan dan

pengelolaan sumber daya alam dan lingkungan.

1.3. Analisis Kebutuhan Pembelajaran

Matakuliah ini memiliki 2 sks sehingga seakan-akan tidak membutuhkan praktikum.

Namun kalau dilihat apa isi dari matakuliah ini, maka sebagian besar materinya dapat

dilengkapi dengan eksperimen. Kendala yang sangat dasar kenapa matakuliah ini tidak

memiliki praktikum adalah tidak adanya peralatan yang mendukung untuk praktikum yang

dimiliki oleh program studi. Kalau berbicara tentang referensi dari matakuliah ini,

referensinya sangat banyak. Bahkan setiap materi ada referensinya, namun terpisah-pisah

dan tidak sesuai dengan GBRP. Oleh karena itu kebutuhan mendasar adalah bahan ajar,

sebagaimana yang diajukan saat ini. Kebutuhan akan matakuliah ini akan berubah-ubah di

setiap tahunnya, karena tidak dapat dipenuhi secara maksimal. Akan tetapi diusahakan

secara bertahap.

1.4. Garis Besar Rencana Pembelajaran

GARIS BESAR RENCANA PEMBELAJARN (GBRP) MATAKULIAH: FISIKA TANAH (256H2202)

DOSEN PENGAMPU: SYAMSUDDIN, S.Si, MT & Dr. RAHMAN KURNIAWAN, M.Si

Kompetensi Utama 1. Mampu memahami hakikat dari tanah2. Mampu menerapkan sifat fisis tanah ke dalam mekanika tanah3. Mampu mengaplikasikan ilmu tentang tanah di masyarakat

Kompotensi Pendukung Kemampuan berkomunikasi dan beradaptasi dalam lingkungan kerjaKompotensi Institusional Kemampuan untuk terlibat dalam kehidupan sosial bermasyarakat berdasarkan budaya bahari

Minggu ke Materi Pembelajaran Bentuk Pembelajaran Kompetensi Akhir Sesi Pembelajaran Indikator Penilaian

Bobot %

1 Informasi Kontrak Dan Strategi Pembelajaran

Ceramah dan Diskusi Mengetahui susunan materi, metode pembelajaran dan evaluasi yang akan dilaksanakan

2 Pendahuluan Ceramah, diskusi, dan tugas kajian pustaka

Mengetahui arti fisika tanah dan keterkaitan dengan ilmu-ilmu lain

Kejelasan uraian dan ketepatan penyelesaian tugas

3

3 Sifat fisis dan morfologi tanah

Presentasi dan Diskusi Memahami sifat-sifat fisis dan morfologi tanah serta keterkaitannya

Ketepatan pemakaian konsep dan kejelasan uraian serta kerja sama kelompok

8

4 Klasifikasi dan komposisi tanah

Presentasi dan Diskusi Mengetahui klasisfikasi dan komposisi tanah serta membedakannya

Kejelasan uraian,kemampuan menjawab pertanyaan dan kerja sama kelompok

8

5 Air dalam tanah Presentasi dan Diskusi Mampu menjelaskan defenisi, proses pembentukan dan manfaat air tanah


8

6 Konservasi tanah dan air Presentasi dan Diskusi Mampu menjelaskan arti, jenis, danproses-proses dalam konservasi tanah dan air


8

7 Pengantar mekanika tanah Ceramah, diskusi, dan tugas kajian pustaka

Mengetahui arti dan klasifikasi mekanika tanah serta peruntukannya


3

8 Tegangan efektif tanah Presentasi dan Diskusi Mampu menjelaskan definisi dan prinsip-prinsip tegangan efektif tanah

Penguasaan materi dengan kejelasan uraian dan kerja sama kelompok

8

9 Kuat geser tanah Presentasi dan Diskusi Mampu menjelaskan definisi dan prinsip-prinsip kuat geser tanah


8

10 Daya dukung tanah Presentasi dan Diskusi Mampu menguraikan teori daya dukung tanah disertai dengan contoh


8

11 Konsolidasi tanah Presentasi dan Diskusi Mampu menjelaskan definisi dan prinsip konsolidasi tanah serta peruntukannya


8

12 Likuifaksi tanah Presentasi dan Diskusi Mampu menjelaskan definisi, jenis, dan dampak likuifaksi tanah


8

13 Stabilitas lereng Presentasi dan Diskusi Mampu menjelaskan definisi dan klasisfikasi stabilitas lereng serta faktor keamanan


9

14 Dukungan Metode Geofisika dalam fisika tanah

Ceramah, diskusi, dan tugas kajian pustaka

Mengetahui mengetahui metode-metode geofisika yang erat hubungan dengan sifat fisis dan mekanika tanah


3

16 Evaluasi akhir semester Tes tertulis Menjawab pertanyaan dengan baik dan benar

Kejelasan Uraian 10

Bahan Bacaan:1. Joseph E. Bowles, Johan K Hainim, 1984, “Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknik Tanah”, Erlangga, Jakarta.2. Budi Santoso, Heri Suprapto, & Suryadi HS, “Dasar Mekanika Tanah”, Seri Diktat Kuliah, Gunadarma, 3. I Made Mega, dkk, 2010, ”Klasifikasi Tanah dan Kesesuaian Lahan”, Bahan Ajar, Universitas Udayana, Denpasar4. Arie S. Hutagalung, 2007, “Pelepasan, Penyelesaian, dan Kesepakatan dalam Konsolidasi Tanah bagi Pembangunan Rumah Susun Ditinjau dari

Hukum Perdata”, BPN, Jakarta5. Braja M. Das, Nur Endah, & Indrasurya B. Mochtar, 1985, “Mekanika Teknik: Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis)”, Erlangga, Surabaya6. Beydha I., 2002, “Konservasi Tanah dan Air di Indonesia Kenyatan dan Harapan”, Fisip UNSU, Medan.

Fisika Tanah - 6

BAB 2 PENGANTAR FISIKA TANAH

2.1. Pendahuluan

Kompetensi akhir yang akan diharapkan dari bagian pembelajaran ini, adalah: Mengetahui

arti fisika tanah dan keterkaitan dengan ilmu-ilmu lain. Untuk mencapai kompetensi ini

digunakan metode pembelajaran SCL yang diawali dengan ceramah, diskusi (Interaktif),

kemudian dilengkapi dengan tugas kajian pustaka.

2.2. Definisi

Tanah (soil) merupakan kumpulan dari benda alam di permukaan bumi yang tersusun

dalam horison-horison, terdiri dari campuran bahan mineral, bahan organik, air dan udara,

dan merupakan media untuk tumbuhnya tanaman. Tanah dapat pula didefinisikan sebagai

material yang terdiri dari agregat (butiran) mineral padat yang terikat secara kimia satu

sama lain dengan ruang-ruang kosong antar butir yang diisi oleh zat cair dan gas. Menurut

asal katanya, tanah dalam bahasa Yunani berarti pedon, dan dalam bahasa Latin berarti

Solum merupakan bagian kerak bumi yang tersusun dari mineral dan bahan organik.

Pedologi sendiri adalah ilmu yang mempelajari proses pembentukan tanah & faktor

pembentuknya, klasifikasi tanah, survei & cara pengamatan di lapangan. Serta ilmu yang

mempelajari beberapa aspek tentang tanah disebut “ilmu tanah”. Sementara fisika

merupakan ilmu yang mengkaji materi berdasarkan sifat dan prilaku fisisnya. Dengan

demikian “fisika tanah” merupakan cabang dari ilmu tanah, yang didefinisikan sebagai

Ilmu yang mempelajari sifat-sifat fisis tanah seperti tekstur tanah, struktur, konsistensi,

kandungan & gerakan air di dalam tanah, serta suhu tanah, dan lain sebagainya.

Fisika tanah dapat dipandang sebagai ilmu dasar sekaligus terapan dengan melibatkan

berbagai cabang ilmu yang lain termasuk ilmu tanah, hidrologi, klimatolologi, ekologi,

geologi, sedimentologi, botani dan agronomi. Cabang ilmu tanah selain fisika tanah masih

terlalu banyak untuk dikaji, antara lain:

• Kimia Tanah

• Kesuburan Tanah

• Konservasi Tanah & Air

• Mikrobiologi Tanah

• Mineralogi Tanah

• Genesis & Klasifikasi Tanah

• Geografi Tanah

• Survei Tanah & Evaluasi Tanah

Fisika Tanah - 7

Pada bahan ajar ini Fisika tanah mengkaji tentang sifat-sifat fisis tanah dan morfologinya,

klasifikasi dan komposisi tanah, air dalam tanah, konservasi air dan tanah, serta beberapa

bagian mekanika tanah (yakni tegangan efektif dan kuat geser tanah, daya dukung dan

konsolidasi tanah, likuifaksi, kestabilan lereng. Di sini juga dimasukkan metode Geofisika

yang berkaitan dengan fisika tanah.

Tanah sangat vital peranannya bagi semua kehidupan di bumi karena tanah mendukung

kehidupan tumbuhan dengan menyediakan hara dan air sekaligus sebagai penopang akar.

Tanah berasal dari hasil pelapukan batuan bercampur dengan sisa-sisa bahan organik dan

organisme (vegetasi/hewan) yang hidup di atasnya atau di dalamnya. Selain itu di dalam

tanah terdapat pula udara dan air. Tanah terdapat di mana-mana, tetapi kepentingan orang-

orang terhadap tanah berbeda-beda, diantaranya:

Ahli tambang berpendapat bahwa tanah adalah sesuatu yang tidak berguna karena

menutupi barang-barang tambang yang dicarinya. Semua bahan yang digali kacuali

batu-batunya dinamakan tanah.

Ahli jalan menganggap bahwa tanah adalah permukaan bumi yang lembek yang butuh

penguatan.

Masyarakat umum beda dengan dua kelompok yang di atas karena tanah diartikan

sebagai wilayah darat yang dapat digunakan untuk berbagai usaha misalnya mendirikan

bangunan, pertanian, peternakan, dan sebagainya.

2.3. Konsep Tanah

Menelusuri lebih lanjut, ternyata ada beberapa konsepsi tentang tanah, antara lain:

1. Tanah Menurut Konsepsi Geografis

Tanah mempunyai ciri fisik yang saling berbeda di suatu bidang dengan bidang lainnya.

Setiap bidang tanah itu sangat unik dan letak atau lokasi tanah itu merupakan sifat/ciri

yang sangat penting. Kegunaan dan highest dan best use dari tanah akan sangat

dipengaruhi oleh bentuk fisik dan letak atau lokasi serta akses menuju ke tanah tesebut,

serta berbagai faktor lain yang mempengaruhi, yang secara singkat disebut geografi.

2. Tanah Menurut Konsepsi Sosial

Masyarakat modern telah semakin meningkatkan kepeduliannya dengan bagaimana tanah

itu digunakan dan bagaimana hak atas tanah itu didistribusikan. Penawaran atau persediaan

tanah itu sifatnya tetap, sehingga peningkatan permintaan atas tanah menghendaki agar

penggunaan tanah itu lebih dapat diintensifkan. Pertikaian sering timbul karena adanya

Fisika Tanah - 8

perbedaan pandangan dari masyarakat mengenai penggunaan atas tanah. Bagi yang

mempunyai pandangan bahwa tanah itu mempunyai fungsi sosial yang harus digunakan

bersama-sama oleh mereka yang membutuhkan, maka tanah akan dijaga agar tidak

tercemar dan mempunyai fungsi sosial yang harus digunakan bersama-sama oleh mereka

yang membutuhkan, maka tanah akan dijaga agar tidak tercemar dan mempunyai fungsi

ekologis yang penting. Sedangkan kelompok lain berpandangan bahwa tanah adalah

komoditas perdagangan sehingga masyarakat lebih bagus dibentuk dan dilayani oleh para

individu yang mempunyai hak tak terbatas terhadap tanah.

3. Tanah Menurut Konsepsi Ekonomi

Tanah adalah entitas fisik yang melekat dengan hak kepemilikan yang berdasarkan hukum

dapat dibatasi bagi kebaikan umat manusia. Tanah merupakan sumber utama bagi

kekayaan, yang dapat dinilai dengan uang atau dipertukarkan dengan uang. Tanah dan apa

yang dihasilkan mempunyai nilai ekonomis ketika dialihkan ke dalam barang dan jasa

yang bermanfaat, sesuai dengan yang diinginkan dan dibayar oleh konsumen. Konsep

ekonomi dari tanah sebagai sumber kekayaan dan obyek nilai merupakan pusat dari teori

penelitian.

4. Tanah Dalam Kacamata Hukum

Hukum yang merupakan lembaga kemasyarakatan mencerminkan aspek budaya, politik,

pemerintahan, ekonomi, sosiologis, dan filosofis masyarakatnya. Yang dimaksud dengan

tanah itu tidak hanya permukaan tanah saja, akan tetapi juga meliputi semua kandungannya

atau yang melekat padanya seperi mineral, pepohonan, bangunan, tanaman, dan

sebagainya. Walaupun hak atas tanah di Indonesia diakui, namun sesuai dengan konstitusi

kita maka semua kekayaan alam yang terkandung di dalamnya itu dikuasai oleh negara,

sehingga apabila lahan yang dimiliki oleh seseorang mengandung mineral seperti minyak

atau gas alam, maka hak untuk menguasai kekayaan tersebut ada pada negara, bukan

perorangan.Dengan demikian, penggunaan hak yang dimiliki oleh sesorang itu dibatasi

oleh hukum dan peraturan perundangan yang berlaku.

5. Konsep atas Tanah di Masyarakat

Penggunaan tanah diperoleh dari wewenang yang diberikan oleh organisasi

kemasyarakatan. Di berbagai negara yang mempunyai sistem pemerintahan totaliter atau

komunis, dimana kepemilikan dan pasar atas tanah tidak bebas diperjual belikan,

pemerintah sering mengatur semua penggunaan dari tanah. Sebaliknya dalam suatu negara

Fisika Tanah - 9

yang menganut ekonomi pasar bebas, maka penggunaan tanah diatur dalam undang-

undang. Bagaimana berbagai kekuatan mempengaruhi tanah dan penggunaannya, maka

kita harus mengerti peranan hukum tanah dan hukum lain seperti hukum adat yang juga

mengatur tentang pertanahan.

2.4. Penutup

Sebagai bahan evaluasi selain ujian, dalam pembahasan ini diberikan tugas berupa:

1. Menguraikan kaitan fisika tanah dengan ilmu-ilmu lain di atas pada kertas A4 yang

diketik dengan spasi 1.5.

2. Mencari referensi lain tentang materi pembahasan ini dikumpul pada dosen pengampu

dalam bentuk softcopy dan hardcopy.

2.5. Daftar Bacaan

1. Joseph E. Bowles, Johan K Hainim, 1984, “Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknik Tanah”, Erlangga, Jakarta.

2. Ir. I Nyoman Puja, M.S., 2008, “Penuntun Praktikum Fisika Tanah”, Jurusan Tanah Universitas Udayana, Denpasar.

Fisika Tanah - 10

BAB 3 SIFAT FISIS DAN MORFOLOGI TANAH

3.1. Pendahuluan

Kompetensi akhir yang akan diharapkan dari bagian pembelajaran ini, adalah: Memahami

sifat-sifat fisis dan morfologi tanah serta keterkaitannya. Untuk mencapai kompetensi ini

digunakan metode pembelajaran SCL dengan cara presentasi dan diskusi, kemudian

dilengkapi dengan makalah dan power point yang diperoleh dari referensi selain bahan ajar

ini.

3.2. Definisi

Tanah mempunyai beberapa karakteristik yang terbagi dalam tiga kelompok diantaranya

adalah sifat fisik, sifat kimia dan sifat biologi. Sifat fisik tanah antara lain adalah tekstur,

permeabilitas, infiltrasi, dll. Setiap jenis tanah memiliki sifat fisik tanah yang berbeda.

Usaha untuk memperbaiki kesuburan tanah tidak hanya terhadap perbaikan sifat kimia dan

biologi tanah tetapi juga perbaikan sifat fisik tanah. Perbaikan keadaan fisik tanah dapat

dilakukan dengan pengolahan tanah, perbaikan struktur tanah dan meningkatkan

kandungan bahan organik tanah. Selain itu sifat fisik tanah sangat mempengaruhi

pertumbuhan dan produksi tanaman. Kondisi fisik tanah menentukan penetrasi akar dalam

tanah, retensi air, drainase, aerasi dan nutrisi tanaman. Sifat fisik tanah juga mempengaruhi

sifat kimia dan biologi tanah.

Proses pembentukan tanah di mulai dari proses pelapukan batuan induk menjadi bahan

induk tanah, diikuti oleh proses pencampuran bahan organik dengan bahan mineral di

permukaan tanah, pembentukan struktur tanah, pemindahan bahan- bahan tanah dari

bagian atas tanah ke bagian bawah dan berbagai proses lain yang dapat menghasilkan

horizon- horizon tanah. Horison tanah adalah lapisan- lapisan tanah yang terbentuk karena

hasil dari proses pembentukan tanah. Proses pembentukan horison-horison tersebut akan

menghasilkan benda alam baru yang disebut tanah. Sedangkan penampang vertikal dari

tanah yang menunjukan susunan horison tanah disebut profil tanah. Ada 6 horison utama

yang menyusun profil tanah berturut-turut dari atas ke bawah yaitu horizon (O), A, E, B, C,

dan R. Sedang horizon penyusun solum tanah adalah horizon A, E, dan B.

Gambar

Batas satu horizon dengan horizon lainnya dalam suatu profil tanah dapat terlihat jelas

baur. Pada pengamatan lapang ketajaman peralihan horizon ini dapat dibedakan beberapa

tingkatan yaitu:

Nyata (lebar peralihan kurang dari 2,5 cm)

Jelas (lebar peralihan 2,5

Berangsur (lebar peralihan 6,5

Baur (lebar peralihan >

Batasan horizon tersebut dapat :

Rata

Berombak

Tidak teratur atau terputus

3.3. Sifat Fisis dan Morfologi Tanah

Sifat fisis dan morfologi tanah merupakan satu kesatuan.

diamati dan dipelajari di lapangan.

dan diteliti di Laboratorium dengan mengambil conto tanah di lapangan

morfologi tanah yang dimaksud antara lain

air, konsistensi, dan porositas.

Fisika Tanah

Gambar 3.1. Batasan horison tanah

Batas satu horizon dengan horizon lainnya dalam suatu profil tanah dapat terlihat jelas


(lebar peralihan kurang dari 2,5 cm)

(lebar peralihan 2,5-6,5 cm)

(lebar peralihan 6,5-12,5 cm)

(lebar peralihan > 12,5 cm)

Batasan horizon tersebut dapat :

Tidak teratur atau terputus

Sifat Fisis dan Morfologi Tanah

Sifat fisis dan morfologi tanah merupakan satu kesatuan. Morfologi tanah

diamati dan dipelajari di lapangan. Sifat fisis tanah adalah karakteristik tanah yang diukur

dan diteliti di Laboratorium dengan mengambil conto tanah di lapangan. Sifat fisis

tanah yang dimaksud antara lain: warna, tekstur, struktur, berat spesifik, kadar

.

Fisika Tanah - 11

GG

Batas satu horizon dengan horizon lainnya dalam suatu profil tanah dapat terlihat jelas atau


Morfologi tanah umumnya

tanah yang diukur

Sifat fisis dan

berat spesifik, kadar

Fisika Tanah - 12

3.3.1. Warna Tanah

Warna tanah merupakan salah satu sifat yang mudah dilihat dan menunjukkan sifat dari

tanah tersebut. Warna tanah merupakan campuran komponen lain yang terjadi karena

mempengaruhi berbagai faktor atau persenyawaan tunggal. Urutan warna tanah adalah

hitam, coklat, karat, abu-abu, kuning dan putih (Syarief, 1979).

Warna tanah dengan akurat dapat diukur dengan tiga sifat-sifat prinsip warnanya. Dalam

menentukan warna cahaya dapat juga menggunakan Munsell Soil Colour Chart sebagai

pembeda warna tersebut. Penentuan ini meliputi penentuan warna dasar atau matrik, warna

karatan atau kohesi dan humus. Warna tanah penting untuk diketahui karena berhubungan

dengan kandungan bahan organik yang terdapat di dalam tanah tersebut, iklim, drainase

tanah dan juga mineralogi tanah (Thompson dan Troen, 1978).

Mineral-mineral yang terdapat dalam jumlah tertentu dalam tanah kebanyakan berwarna

agak terang (light). Sebagai akibatnya, tanah-tanah itu berwarna agak kelabu terang, jika

terdiri dari mineral-mineral serupa itu yang sedikit mengalami perubahan kimiawi.

Warna gelap pada tanah umumnya disebabkan oleh kandungan tinggi dari bahan organik

yang terdekomposisi, jadi, dengan cara praktis persentase bahan organik di dalam tanah

diestimasi berdasarkan warnanya. Bahan organik di dalam tanah akan mengahsilkan warna

kelabu gelap, coklat gelap, kecuali terdapat pengaruh mineral seperti besi oksida ataupun

akumulasi garam-garam sehingga sering terjadi modifikasi dari warna-warna di atas.

Gambar 3.2. Warna tanah berdasarkan kandungannya

Fisika Tanah - 13

3.3.2. Tekstur Tanah

Tekstur tanah adalah perbandingan relatif dari partikel-partikel atau fraksi-fraksi primer

tanah, yaitu pasir, debu, liat dan lempung atau dilapangan dikenal dengan rasa kekasaran

atau kehalusan dari tanah. Jika beberapa contoh tanah ditetapkan atau dianalisa di

laboratorium, maka hasilnya selalu memperlihatkan bahwa tanah itu mengandung partikel-

partikel yang beraneka ragam ukurannya, ada yang berukuran koloid, sangat halus, halus,

kasar dan sangat kasar.

Pasir < 2 - 0,05 mm ;

Debu < 0,05 - 0,002 mm ;

Liat < 0,002 mm atau < 2mm ,

lebih halus dikenal liat halus < 0,2 mm;

Bahan koloid < 0,001 mm

Nama dan sifat tanah ditentukan atau dipengaruhi oleh gradasainya (untuk tanah berbutir

kasar) dan batas konsistensinya (untuk tanah berbutir halus). Gradasai merupakan sifat

yang penting untuk tanah berbutir kasar. Tanah terdiri dari aneka ragam Ukuran butir

dengan perbandingan prosentasi ukuran butiran beraneka ragam. Dengan kata lain

distribusi Ukuran butiran atau gradasi butiran tidak pernah sama tanah yang satu dengan

yang lainnya. Untuk menganalisa gradasi tanah berbutir kasar digunakan analisa saringan

dan untuk tanah berbutir halus digunakan analisa hydrometer (cara pengendapan). Batasan-

batasan ukuran butiran tanah dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut.

Tabel 3.1 Skema jenis tanah dan batasan ukuran butirannya

Biasanya tanah terdiri dari campuran beberapa ukuran. Semakin panjang gradasinya maka

tanah tersebut akan semakin baik. Tanah yang mempunyai partikel-partikel yang melekat

satu sama lain setelah dibasahi dan setelah kering diperlukan gaya yang cukup besar untuk

meremasnya, maka tanah tersebut disebut tanah kohesif.

Fisika Tanah - 14

Di lapangan tekstur tanah dapat ditentukan dengan memijittanah basah di antara jari-jari,

sambil dirasakan halus-kasarnya yaitu dirasakan adanya butiran-butiran pasir, debu, dan

liat. Berdasarkan perbandingan butiran tersebut, maka dikenal 12 kelas tekstur tanah yakni:

Tabel 3.2 Kelas-kelas Tekstur Tanah (LPT, 1969)

a. Pasir: Rasa kasar jelas, tidak membentuk bola tidak melekatb. Pasir berlempung(ls): Rasa kasar jelas, membentuk bola dan mudah sekali

hancur, sedikit sekali melekatc. Lempung Berpasir (sl) Rasa kasar agak jelas, membentuk bola yang agak

keras tetapi mudah hancur, melekatd. Lempung (l) Rasa tidak kasar dan tidak licin membentuk bola

teguh, dapat sedikit digulung, dengan permukaan mengkilap, melekat.

e. Debu (si) Rasa licin sekali, membentuk bola teguh, dapat sedikit didulung dengan permukaan mengkilat agak melekat

f. Lempung berliat (cl.l) Rasa agak kasar, membentuk bola agak teguh (kering) membentuk gulungan bila dispirit, gulungan mudah hancur, melekatnya sedang.

g. Lempung liat berpasir (scl.l) Rasa kasar agak jelas, membentuk bola agak teguh (kering) membentuk gulungan bila dispirit, gulungan mudah hancur, melekat

h. Lempung liat berdebu (si cl.l) Rasa jelas licin, membentuk bola teguh, gulungan menkilat, melekat

i. Liat berdebu (sic l) Rasa licin agak kasar, membentuk bola, dalam keadaan kering sukar dipirit, mudah digulung,melekat sekali.

j. Liat berdebu (sic l) Rasa agak licin membentuk bola, dalam keadaan kering sukar dispirit, mudah digulung,melekat sekali

k. Liat Rasa berat,membentuk bola baik, melekat sekalil. Liat berat Rasa berat sekali, membentuk bola baik, sangat lekat

Tekstur yang paling ideal bagi tanah pertanian adalah tekstur Lempung berdebu, yang

terdiri dari : Air tanah 25%, Udara tanah 25%, Mineral 45% dan Bahan organic 5%

Gambar 3.3. Komposisi tekstur tanah

Fisika Tanah - 15

Tekstur mencerminkan ukuran partikel tanah yang dominanPenetapan tekstur tanah di

laboratorium dapat dilakukan dengan analisa mekanis, yang umumnya dipakai metode

pipet dan metode hydrometer bouyoucus, kedua metode ini didasarkan atas perbedaan

kecepatan jatuhnya partikel-partikel di dalam air. Selanjutnya hasil dari analisa

laboratorium yang berupa persentase dari fraksi tanah dimasukkan ke dalam diagram

segitiga tekstur USDA.

Gambar 3.4. Segitiga tekstur tanah dan sebaran butir

3.3.3. Struktur Tanah

Struktur tanah adalah penyusunan partikel-partikel tanah primer seperti pasir, debu dan liat

membentuk agregat-agregat, yang satu agregat dengan lainnya dibatasi oleh bidang belah

alami yang lemah. Agregat yang terbentuk secara alami disebut ped, sedangkan bongkah

tanah hasil pengolahan tanah disebut clod.

Struktur yang dapat memodifikasi pengaruh terkstur dalam hubungannya dengan

kelembaban porositas, tersedia unsur hara, kegiatan jasad hidup dan pengaruh permukaan

akar. Struktur tanah merupakan gumpalan kecil dari butir-butir tanah. Bentuk struktur

dapat dibedakan menjadi:

a. bentuk lempeng

b. bentuk prisma

c. bentuk gumpal

d. bentuk spheroidel atau bulat

Fisika Tanah - 16

Keempat bentuk utama di atas akhirnya menghasilkan tujuh tipe struktur tanah, yakni:

granuler, prisma, remah, lempeng, tiang, gumpal bersudut, dan gumpal membulat.

Gambar 3.5. Tipe-tipe struktur tanah

Suatu pengertian tentang sebab-sebab perkembangan struktur di dalam tanah perlu

diperhatikan, karena sturktur tanah sangat mempengaruhi pertumbuhan tanaman dan dapat

berubah karena pengelolaan tanah. Struktur lapisan olah dipengaruhi oleh praktis dan di

mana aerasi dan drainase membatasi pertumbuhan tanaman, sistem pertanaman yang

mampu menjaga kemantapan agregat tanah akan memberikan hasil yang tinggi bagi

produksi pertanian (Hakim et al., 1986).

Tabel 3.3 Klasifikasi ukuran struktur tanah

Ketahanan struktur tanah dibedakan menjadi :

1. Tingkat perkembangan lemah (butir struktur tanah mudah hancur).

2. Tingkat perkembangan sedang (butir struktur tanah sukar hancur).

Fisika Tanah - 17

3. Tingkat perkembangan kuat (butir struktur tanah sukar hancur), hal ini sesuai dengan

jelas tanah dan tingkat kelembabannya. Tanah permukaan yang banyak mengandung

humus umumnya mempunyai tingkat perkembangan kuat.

3.3.4. Berat Spesifik

Harga berat spesifik butiran tanah (bagian padat) sering dibutuhkan dalam bermacam-

macam keperluan perhitungan dalam mekanika tanah. Harga-harga itu dapat ditentukan

secara akuran di laboratorium. Tabel 3.4 menunjukkan harga-harga berat spesifik beberapa

mineral yang umum terdapat dalam tanah. Sebagian besar mineral tersebut mempunyai

berat spesifik berkisar antara 2.6 sampai dengan 2.9. Bagian padat tanah pasir yang

berwarna terang, umumnya terdiri dari kwarsa dengan berat spesifik kira-kira 2.65. untuk

tanah lempung dan lanau harganya sekitar 2.6 sampai 2.9.

Tabel 3.4 Berat Spesifik Mineral-Mineral Penting

Mineral Berat Spesifik (Gs) Mineral Berat Spesifik (Gs)

Quartz (kwarsa)KaoliniteIlliteMontmorilloniteHalloysitePotassium FeldsparSodium & Ca- Feldspar

2.652.602.802.65-2.802.00-2.552.572.62-2.76

ChloriteBiotiteMiscoviteHornblendeLimoniteOlivine

2.60-2.902.80-3.202.76-3.103.00-3.473.60-4.003.27-3.37

Sumber : Das dkk, 1988

Berat Spesifik (Bulk density) tanah menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering

dengan volume tanah termasuk volume pori-pori tanah.

Bulk density = berat tanah kering (g)volume tanah (cc)“Makin padat suatu tanah makin tinggi bulk densitynya, yang berarti makin sulit dilalui air

dan ditembus akar tanaman.”

3.3.5. Kadar Air Tanah

Menurut Hardjowigeno (1992) bahwa air terdapat dalam tanah karena ditahan (diserap)

oleh massa tanah, tertahan oleh lapisan kedap air, atau karena keadaan drainase yang

kurang baik. Air dapat meresap atau ditahan oleh tanah karena adanya gaya-gaya adhesi,

kohesi, dan gravitasi. Karena adanya gaya-gaya tersebut maka air dalam tanah dapat

dibedakan menjadi:

Fisika Tanah - 18

1) Air hidroskopik, adalah air yang diserap tanah sangat kuat sehingga tidak dapat

digunakan tanaman, kondisi ini terjadi karena adanya gaya adhesi antara tanah dengan

air. Air hidroskopik merupakan selimut air pada permukaan butir-butir tanah.

2) Air kapiler, adalah air dalam tanah dimana daya kohesi (gaya tarik menarik antara

sesama butir-butir air) dan daya adhesi (antara air dan tanah) lebih kuat dari gravitasi.

Air ini dapat bergerak secara horisontal (ke samping) atau vertikal (ke atas) karena

gaya-gaya kapiler. Sebagian besar dari air kapiler merupakan air yang tersedia (dapat

diserap) bagi tanaman.

Gambar 3.6. Tiga fase elemen tanah menunjukkan hubungan antara massa dan volume

Kadar air (w) disebut juga water content didefinisikan sebagai perbandingan antara berat

air dan berat butiran padat dari volume tanah yang diselidiki.

s

w

s

w

s

w

m

m

gm

gm

W

Ww

Karena massa butiran padat dalam elemen tanah (ms) sama dengan Gsw, maka massa air

adalah:

wssw wGwmm

Kerapatan elemen tanah yang ditunjukkan gambar 3.6, dapat ditulis:

e

Gw

V

m ws

1

1

Secara matematika, kadar air dari tanah yang jenuh air dapat dinyatakan sebagai:

Fisika Tanah - 19

ss

w

Gn

n

W

Ww

1

dengan: Ws = berat butiran padat

Ws = berat air

w = kerapatan air = 1000 kg/m3

e = angka pori

n = porositas

3.3.6. Berat Isi

Gambar 3.7 menunjukkan suatu elemen tanah dengan volume V dan berat W. Vulume total

(V) dan berat total (W) dapat disajikan dalam bentuk matematika seperti berikut:

ws

awsvs

WWW

VVVVVV

dengan: Vs = volume butiran padat

Vv = volume pori

Vw = volume air dalam pori

Va = volume udara dalam pori

Karena udara dianggap tidak mempunyai berat.

Gambar 3.7. (a) Elemen tanah dalam keadaan asli. (b) Tiga fase elemen tanah

Hubungan volume yang umum dipakai untuk suatu elemen tanah adalah angka pori (void

ratio), porositas (porosity), dan derajat kejenuhan (degree of saturation). Angka pori (e)

adalah perbandingan antara volume pori dan volume butiran padat. Sementara porositas (n)

Fisika Tanah - 20

merupakan perbandingan antara volume pori dan volume tanah total. Dan derajat

kejenuhan (S) didefinisikan sebagai perbandingan antara volume air dan volume pori.

v

wv

s

v

V

VS

V

Vn

V

Ve ;;

Istilah-istilah yang umum dipakai dalam hubungnnya dengan berat kadar air (moisture

content) dan berat volume (unit weight). Kadar air (w) didefinisikan sebagai perbandingan

antara berat air dan berat butiran padat dan berat volume () adalah berat tanah per satuan

volume.

V

wW

V

W s

1

Sedangkan berat volume kering (d) didefinisikan sebagai:

nGe

Gatau

wV

Wws

wsd

sd

1

11

karena e

en

1

Sementara itu berat volume tanah yang jenuh air ditulis dalam bentuk matematika seperti

berikut:

wsws

sat nGne

eG

11

3.3.7. Konsistensi Tanah

Konsitensi tanah menunjukan kekuatan daya kohesi butir-butir tanah atau daya adhesi

butir-butir tanah dengan benda lain. Tanah dengan struktur baik (granuler, remah)

mempunyai tata udara yang baik, unsur-unsur hara lebih mudah tersedia dan mudah diolah.

Tanah yang mempunyai konsistensi baik umumnya mudah diolah dan tidak melekat pada

alat pengolah tanah. Karena tanah dalam keadaan lembab, basah dan kering maka

penyipatan konsistensi tanah harus pada kondisi tersebut.

Istilah-istilah yang digunakan untukmenggambarkan konsistensi tanah :

1. Tanah basah : tidak lekat, lekat, tidak plastis dan plastis

2. Tanah lembab: mudah lepas, mudah pecah.

3. Tanah kering : lepas, halus, keras

Apabila tanah berbutir halus mengandung mineral lempung, maka tanah tersebut dapat

diremas-remas (remolded) tanpa menimbulkan retakan. Sifat kohesif ini terjadi karena

Fisika Tanah - 21

adanya air yang terserap (absorbed water) di sekeliling permukaan partikel lempung. Bila

kadar airnya sangat tinggi, cukup tanah dan air akan menjadi sangat lembek seperti cairan.

Oleh karena itu, atas dasar air yang dikandungnya, tanah dapat dipisahkan ke dalam empat

keadaan dasar, yaitu padat, semi padat, plastis, dan cair.

Gambar 3.8. Batas-batas Atterberg (Ilmuwan Swedia, 1900)

Kadar air dinyatakan dalam persen, di mana terjadi transisi dari keadaan padat ke keadaan

semi padat didefinisikan sebagai batas susut. Kadar air di mana terjadi transisi dari

keadaan semi padat ke keadaan plastis didefinisikan sebagai batas plastis, dan untuk dari

keadaan plastis ke keadaan cair didefinisikan sebagai batas cair. Batas-batas ini dikenal

juga sebagai batas-batas Atterberg (Atterberg limits)

3.3.8. Porositas

Ruang pori total adalah volume dari tanah yang ditempati oleh udara dan air. Persentase

volume ruang pori total disebut porositas. Untuk menentukan porositas, contoh tanah

ditempatkan pada tempat berisi air sehingga jenuh dan kemudian cores ini ditimbang.

Perbedaan berat antara keadaan jenuh air dan core yang kering oven merupakan volume

ruang pori. Untuk 400 cm3 cores yang berisi 200 gr (200 cm3) air pada kondisi jenuh

porositas tanahnya akan mencapai 50% (Foth, 1988).

Tanah dengan tekstur halus mempunyai kisaran ukuran dan bentuk partikelnya yang luas.

Hal ini telah ditekankan bahwa tanah permukaan yang berpasir mempunyai porositras kecil

daripada tanah liat. Berarti bahwa tanah pasir mempunyai volume yang lebih sedikit

ditempati oleh ruang pori. Ruang pori total pada tanah pasir mungkin rendah tetapi

mempunyai proporsi yang besar yang disusun daripada komposisi pori-pori yang besar

yang sangat efisien dalam pergerakan udara dan airnya. Persentase volume yang dapat

terisi oleh pori-pori kecil pada tanah pasir rendah yang menyebabkan kapasitas menahan

airnya rendah. Sebaliknya tanah-tanah permukaan dengan tekstur halus memiliki ruang

Fisika Tanah - 22

pori total lebih banyak dan proporsinya relatif besar yang disusun oleh pori kecil.

Akibatnya adalah atanah mempunyai kapasitas menahan air yang tinggi.

Gambar 3.9. (a) Ruang pori makro (b) ruang pori mikro

3.3.9. Infiltrasi

Infiltrasi dari segi hidrologi penting, karena hal ini menandai peralihan dari air permukaan

yang bergerak cepat ke air tanah yang bergerak lambat dan air tanah. Kapasitas infiltrasi

suatu tanah dipengaruhi oleh sifat-sifat fisiknya dan derajat kemampatannya, kandungan

air dan permebilitas lapisan bawah permukaan, nisbi air, dan iklim mikro tanah. Air yang

berinfiltrasi pada sutu tanah hutan karena pengaruh gravitasi dan daya tarik kapiler atau

disebabkan juga oleh tekanan dari pukulan air hujan pada permukaan tanah.

Infiltrasi adalah proses masuknya air dari permukaan ke dalam tanah. Perkolasi adalah

gerakan aliran air di dalam tanah (dari zone of aeration ke zone of saturation). Infiltrasi

berpengaruh terhadap saat mulai terjadinya aliran permukaan dan juga berpengaruh

terhadap laju aliran permukaan (run off).

Beberapa faktor internal dan eksternal yang mempengaruhi laju infiltrasi adalah:

1. Dalamnya genangan di atas permukaan tanah dan tebal lapisan yang jenuh.

2. Kelembaban tanah

3. Pemampatan tanah oleh curah hujan

4. Penyumbatan oleh bahan yang halus (bahan endapan)

5. Pemampatan oleh orang dan hewan

6. Struktur tanah

7. Tumbuh-tumbuhan

8. Udara yang terdapat dalam tanah

9. Topografi

10. Intensitas hujan

Fisika Tanah - 23

11. Kekasaran permukaan

12. Mutu air

13. Suhu udara

14. Adanya kerak di permukaan.

3.3.10. Permeabilitas

Semua jenis tanah bersifat lolos air (permeable) dimana air bebas mengalir melalui ruang-

ruang kosong (pori-pori) yang ada di antara butiran-butiran tanah. Tekanan pori diukur

relatif terhadap tekanan atmosfer dan permukaan lapisan tanah yang tekanannya sama

dengan tekanan atmosfer dinamakan muka air tanah atau permukaan freasik, di bawah

muka air tanah. Tanah diasumsikan jenuh walaupun sebenarnya tidak demikian karena ada

rongga-rongga udara.

Permeabilitas tanah menunjukkan kemampuan tanah dalam meloloskan air. Struktur dan

tekstur serta unsur organik lainnya ikut ambil bagian dalam menaikkan laju permeabilitas

tanah. Tanah dengan permeabilitas tinggi menaikkan laju infiltrasi dan dengan demikian,

menurunkan laju air larian.

Koefisien permeabilitas terutama tergantung pada ukuran rata-rata pori yang dipengaruhi

oleh distribusi ukuran partikel, bentuk partikel dan struktur tanah. Secara garis besar,

makin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori dan makin rendah koefisien

permeabilitasnya.

Menurut Susanto dan Purnomo (1996), pada kebanyakan tanah, pada kenyataan

konduktivitas hidroulik tidak selamanya tetap. Karena berbagai proses kimia, fisika dan

biologi, konduktivitas hidroulik bisa berubah saat air masuk dan mengalir ke dalam tanah.

Perubahan yang terjadi pada komposisi ion kompleks yang dapat dipertukarkanseperti saat

air memasuki tanah mempunyai komposisi atau konsentrasi zat terlarut yang berbeda

dengan larutan awal, bisa sangat merubah konduktivitas hidroulik. Secara umum

konduktivitas akan berkurang bila konsentrasi zat terlarut elektrolit berkurang, disebabkan

oleh penomena pengembangan dan dispersi yang juga dipengaruhu oleh jeni-jenis kation

yang ada pelepasan dan perpindahan partikel-partikel lempung, selama aliran yang lam,

bisa menghasilkan penyumbatan pori. Interaksi zat terlarut dan matrik tanah dan

pengaruhnya terhadap konduktivitas hidroulik khususnya penting pada tanah-tanah masam

dan berkadar natrium tinggi.

Fisika Tanah - 24

3.3.11. Stabilitas Agregat

Kemantapan agregat adalah ketahanan rata-rata agregat tanah melawan pendispersi oleh

benturan tetes air hujan atau penggenangan air. Kemantapan tergantung pada ketahanan

jonjot tanah melawan daya dispersi air dan kekuatan sementasi atau pengikatan. Faktor-

faktor yang berpengaruh dalam kemantapan agregat antara lain: bahan-bahan penyemen

agregat tanah, bentuk dan ukuran agregat, serta tingkat agregasi Stabilitas agregat yang

terbentuk tergantung pada keutuhan tanag permukaan agregat pada saat rehidrasi dan

kekuatan ikatan antarkoloid-partikel di dalam agregat pada saat basah. Pentingnya peran

lendir (gum) microbial sebagai agen pengikat adalah menjamin kelangsungan aktivitas

mikroba dalam proses pembentukan ped dan agregasi.

3.4. Penutup


1. Suatu sampel tanah telah diuji fisis yang menghasilkan volume sampel basah 60,953 cc

dengan massa basah 92,25 gr, massa kering 56,72 gr, massa jenis 2,621, maka berapa

kadar air, volume pori, saturasi dan porositas.

2. Mencari gambar dan keterangan tentang ayakan dan hydrometer.

3. Mencari referensi lain tentang cara menentukan batas konsistensi tanah dan uraikan.

3.5. Daftar Bacaan


2. Braja M. Das, Nur Endah, & Indrasurya B. Mochtar, 1985, “Mekanika Teknik: Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis)”, Erlangga, Surabaya.

3. Sarwono Hardjowigeno, 2010, “Ilmu Tanah”, Akademik Pressindo, Jakarta.

Fisika Tanah - 25

BAB 4 KLASIFIKASI DAN KOMPOSISI TANAH

4.1. Pendahuluan


klasisfikasi dan komposisi tanah serta membedakannya. Untuk mencapai kompetensi ini



ini.

4.2. Definisi

Klasifikasi tanah adalah suatu pengaturan beberapa jenis tanah yang berbeda-beda tapi

mempunyai sifat yang serupa ke dalam kelompok-kelompok berdasarkan pemakaiannya.

Klasifikasi tanah dapat pula didefinisikan sebagai usaha untuk membeda-bedakan tanah

berdasarkan atas sifat-sifat yang dimilikinya. Tanah dapat dibedakan menjadi 2 klasifikasi,

yaitu:

1. Klasifikasi alami

2. Klasifikasi teknis

Klasifikasi alami adalah klasifikasi tanah yang didasarkan atas sifat tanah yang dimilikinya

tanpa menghubungkan dengan tujuan penggunaan tanah tersebut. Klasifikasi ini

memberikan gambaran dasar terhadap sifat fisis, kimia, dan mineralogy tanah yang

dimiliki masing-masing kelas yang selanjutnya dapat digunakan sebagai dasar untuk

pengelompokan bagi berbagai penggunaan tanah.

Klasifikasi teknis adalah klasifikasi tanah yang didasarkan atas sifat-sifat tanah yang

mempengaruhi kemampuan tanah untuk penggunaan tertentu. (Contoh: klasifikasi

kesesuaian lahan untuk perkebunan, tanah akan diklasifikasikan atas dasar sifat-sifat tanah

yang mempengaruhi tanaman perkebunan tersebut seperti drainase tanah, lereng, tekstur

tanah dan lainnya).

4.3. Sistem Klasifikasi Tanah

Sistem klasifikasi tanah yang didasarkan atas tekstur dan plastisitas, dibagi atas dua

macam, yaitu:

1. Sistem Klasifikasi AASHTO (American Association of State Highway and

Transportation Officials Classification)

2. Sistem Klasifikasi USCS (Unified Soil Classification System)

Fisika Tanah - 26

4.3.1. Sistem Klasifikasi AASHTO

Sistem klasifikasi AASHTO (American Association of State Highway and Transportation

Officials Classification) berguna untuk menentukan kualitas tanah untuk perencanaan

timbunan jalan. Tanah digolongkan dalam 7 golongan utama (A-1 hingga A-7). Tanah

yang dikelompokkan A-1 sampai dengan A-3 adalah tanah berbutir di mana 35% atau

kurang dari jumlah butiran tanah tersebut lolos ayakan No. 200. Selebihnya yang lolos

ayakan No. 200 dimasukkan ke dalam A-4 semapi dengan A-7.

Sistem klasifikasi AASHTO didasarkan pada :

Hasil analisa saringan/ ayakan

Batas-batas Atteberg

Tabel 4.1 Klasifikasi tanah untuk lapisan tanah dasar jalan raya (system AASHTO)

Untuk menevaluasi mutu (kualitas) suatu tanah sebagai bahan lapisan tanah dasar, suatu

angka yang dikenal Indeks Group (GI) juga diperlukan selain kelompok dan sub kelompok

tanah bersangkutan. Harga GI dapat dihitung dengan memakai persamaan:

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

dengan:

F : persentase butiran yang lolos ayakan No. 200

LL : batas cair (Limit Liquid)

Fisika Tanah - 27

PI : indeks plastisitas

Aturan dalam menentukan harga indeks grup (GI) yaitu:

a. Apabila nilai GI negatif, harga GI dianggap nol

b. Nilai GI dibulatkan berdasarkan angka paling dekat (misalnya 3,4 menjadi 3 dan 3,5

menjadi 4)

c. Tidak ada batas atas untuk GI

d. GI untuk tanah kelompok A-1a, A-1b, A-2-4, A-2-5, dan A-3 selalu sama dengan nol

e. Untuk tanah yang masuk kelompok A-2-6 dan A-2-7, GI hanya dihitung dari bagian PI

yaitu:

GI = 0,01(F-15)(PI-10)

Umumnya kualitas tanah yang digunakan untuk bahan tanah dasar dapat dinyatakan

sebagai kebalikan dari harga indeks grup.

4.3.2. Sistem Klasifikasi USCS

Klasifikasi tanah dalam sistem ini ditentukan oleh parameter-parameter, sebagai berikut:

Jenis ukuran butiran

- Kerikil : lewat ayakan no.3 tertahan ayakan no. 4

- Pasir : lewat ayakan no. 4 tertahan ayakan no. 200

- Lanau dan lempung : lewat ayakan no. 200

Koefisien Keseragaman

Batas-batas Atteberg

Secara garis besar tanah dibagi dalam 2 kelompok besar, yaitu :

a. Tanah berbutir kasar (kerikil dan pasir) jika kurang dari 50% lolos saringan nomor

200, dan simbol kelompok ini dimulai dengan huruf G atau S

b. Tanah berbutir halus (lanau/lempung) jika lebih dari 50% lolos saringan nomor 200

(diameter 0,075 mm), dan simbonya dimulai dengan huruf M, C, O, dan PT

digunakan untuk tanah gambut (peat), muck, tanah-tanah lain dengan kadar organik

tinggi.

Huruf pertama pada pemberian nama kelompoknya, adalah merupakan singakatan dari

jenis-jenis tanah berikut:

• G = Gravel (kerikil)

• M = Inorganic Silt (Lanau Anorganik)

• C = Inorganic Clay (Lempung Anorganik)

Fisika Tanah - 28

• O = Organic Silt or Clay (Lanau atau Lempung Organik)

• W = Well Graded (tanah dengan gradasi baik)

• P = Poorly Graded (tanah dengan gradasi buruk)

• L = Low Plasticity (pastisitas rendah LL < 50)

• H = High Plasticity (pastisitas tingg LL > 50)

Tabel 4.2 Klasifikasi tanah system USCS

Fisika Tanah - 29

Tabel 4.3 Saringan standar Amerika

No. Saringan Diammeter Lubang (mm)

3468

1016203040506070100140200270

6,354,753,352,362,001,180,850,600,420,300,250,210,150,1060,0750,053

Terdapat berbagai macam sistem klasifikasi tanah yang ada di dunia, namun di Indonesia

dikenal 3 (tiga) jenis klasifikasi tanah yang masing-masing dikembangkan oleh Pusat

Penelitian Tanah Bogor, FAO/UNESCO dan USDA (United States Department of

Agriculture = Departemen Pertanian Amerika Serikat). Walaupun demikian nama-nama

lama yang sudah terkenal tetap dipertahankan, tetapi menggunakan definisi-definisi baru.

Jenis-jenis tanah yang ada ditunjukkan pada tabel 4.4.

Tabel 4.4 Jenis tanah berdasarkan klasifikasi tanah yang dianut di Indonesia

NoSistem Dudal-

Soepraptohardjo(1957/1961)

PPT(1978/1982)

FAO/UNESCO(1974)

USDA(1975/1998)

1. Tanah Aluvial Aluvial Fluvisol -Entisol -Incepticol

2. Andosol Andosol Andosol Andisol 3. Brown Forest Soil Kambisol Cambisol Inceptisol 4. Grumusol Grumusol Vertisol Vertisol 5. Latosol -Kambisol

-Latosol -Lateritik

-Cambisol -Nitosol -Ferralsol

-Inceptisol -Ultisol -Oxisol

6. Litosol Litosol Lithosol Entisol

Fisika Tanah - 30

7. Mediteran Mediteran Luvisol Inceptisol 8. Organosol Organosol Histosol Histosol 9. Podsol Podsol Podsol Spodosol 10. Podsolok Merah Kuning Podsolik Acrisol Ultisol 11. Podsolik Coklat Kambisol Cambisol Inceptisol 12. Podsolik Coklat Kekelabuan Podsolik Acrisol Ultisol 13. Regosol Regosol Regosol Entisol 14. Rendzina Rendzina Rendzina Rendoll 15. - Ranker Ranker Entisol 16. Tanah Berglei

Glei Humos Glei Humus Rendah Hidromod Kelabu Alurial Hidromorf

-Gleisol -Gleisol Humik -Gicisol -Podsolik Gleiik -Gleisol Hidrik

-Gleysol -Acrisol Gicyic

-Inceptisol -Aquic Subordo -Inceptisol -Ultisol -Inceptisol

17. Planosol Planosol Planosol Alfisol

4.4. Komposisi Tanah

Tanah adalah himpunan material, bahan organik dan endapan-endapan yang relative lepas

(loose), yang terletak di atas batuan dasar (bedrock). Ikatan antara butiran yang relative

lemah dapat disebabkan oleh karbonat, zat organik, atau oksida-oksida yang mengendap di

antara partikel-partikel. Ruang di antara partikel-partikel dapat berisi air, udara ataupun

keduanya. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa komposisi tanah terdiri atas:

a. Mineral dan bahan organic

b. Air (water)

c. Udara (air)

Gambar 4.1. Sketsa butiran tanah (solid) dan rongga (pori) dalam tanah

Fisika Tanah - 31

4.4.1. Bahan Mineral

Bahan mineral dalam tanah berasal dari hasil pelapukan batu-batuan. Bahan mineral dapat

dibedakan menjadi:

1. Fraksi tanah halus (fine earth fraction) yang berukuran < 2 mm. Mineral yang masuk

fraksi tanah halus adalah: pasir ukuran 2mm – 50m, debu ukuran 50m – 2m, dan

lempung ukuran < 2m.

2. Fragmen batuan (rock fragment) yang berukuran 2 mm sampai ukuran horisontalnya

lebih kecil dari sebuah pedon. Mineral yang masuk fragmen batuan adala: Kerikil,

kerakal, dan batu.

Mineral tanah dapat dibedakan menjadi mineral primer dan sekunder. Mineral primer yaitu

mineral yang berasal langsung dari batuan yang lapuk. Mineral primer umumnya terdapat

dalam fraksi pasir dan debu. Mineral sekunder adalah mineral bentukan baru yang

terbentuk selama pembentukan tanah, misalnya fraksi liat.

Tabel 4.5 Beberapa jenis mineral tanah dan unsure hara

Mineral Unsur Hara

Kwarsa (SiO2) -Kalsit CaDolomit Ca, MgFeldspar: Ortoklas

PlagioklasKNa, Ca

Mika: MuskovitBiotit

KK, Mg, Fe

Amfibole (hornblende) Ca, Mg, Fe, NaPiroksin (hiperstin, augit) Ca, Mg, FeOlivin Mg, FeLeusit KApatit PSumber data : Ilmu Tanah. Sarwono Hardjowigeno, 2003

4.4.2. Bahan Organik

Bahan organik umumnya ditemukan di permukaan tanah, dengan jumlah yang tidak besar

(sekitar 3 – 5 %), namun pengaruhnya terhadap sifat-sifat tanah sangat besar. Adapun

pengaruhnya terhadap sifat-sifat tanah dan akibat terhadap pertumbuhan tanaman adalah :

a. Sebagai granulator (memperbaiki struktur tanah)

b. Sumber unsur hara N, P, S, unsur mikro dan lainnya

c. Menambah kemampuan tanah untuk menahan air

Fisika Tanah - 32

d. Menambah kemampuan tanah untuk menahan unsur hara (kapasitas tukar kation tanah

menjadi tinggi)

e. Sumber energi bagi mikroorganisme

Bahan organik dalam tanah terdiri dari bahan organik kasar dan bahan organik halus atau

humus. Tanah yang banyak mengandung humus atau bahan organik adalah tanah-tanah

lapisan atas (top soil). Apabila suatu tanah mengandung bahan organik lebih dari 20%

pasir, atau lebih dari 30% liat dan tebalnya l;ebih dari 40 cm, maka tanah itu termasuk

tanah organic atau gambut. Kandungan bahan organik tanah dihitung dari kandungan C-

organik sebagai berikut:

Bahan organik (%) = 1,74 x C-organik (%)

4.4.3. Air (Water)

Air terdapat di dalam tanah karena ditahan/diserap oleh masa tanah, tertahan oleh lapisan

kedap air, atau karena keadaan drainase yang kurang baik. Guna air bagi pertumbuhan

tanaman adalah:

a. Sebagai unsur hara tanaman; tanaman memerlukan air dari tanah dan CO2 dari udara

untuk membentuk gula dan karbohidrat dalam proses fotosintesa.

b. Sebagai pelarut unsur hara; unsur-unsur hara yang terlarut dalam air diserap oleh akar-

akar tanaman dari larutan tersebut

c. Sebagai bagian dari sel tanaman; air merupakan bagian dari protoplasma

Persediaan air dalam tanah tergantung dari beberapa hal, yaitu:

• Banyaknya curah hujan atau air irigasi

• Kemampuan tanah menahan air

• Besarnya evapotranspirasi (penguapan langsung melalui tanah dan melalui

vegetasi)

• Tingginya muka air tanah.

Dalam menentukan jumlah air tersedia bagi tanaman beberapa istilah di bawah ini perlu

dipahami:

a. Kapasitas Lapang

b. Titik Layu Permanen

c. Air Tersedia

Fisika Tanah - 33

Banyaknya kandungan air dalam tanah berhubungan erat dengan besarnya tegangan air

(moisture tension) dalam tanah tersebut. Besarnya tegangan air menunjukkan besarnya

tenaga yang diperlukan untuk menahan air tersebut di dalam tanah. Kemampuan tanah

untuk menahan air dipengaruhi antara lain oleh tekstur tanah. Tanah bertekstur kasar

mempunyai kemampuan menahan air lebih kecil daripada tanah bertekstur halus.

4.4.4. Udara (Air)

Udara dan air mengisi pori-pori tanah. Banyaknya pori-pori di dalam tanah kurang lebih

50% dari volume tanah, sedangkan jumlah air dan udara di dalam tanah berubah-ubah.

Susunan udara di dalam tanah berbeda jika dibandingkan dengan susunan udara di

atmosfir, dengan perbedaan sebagai berikut :

• Kandungan uap air lebih tinggi; tanah-tanah yang lembab mempunyai udara dengan

kelembaban nisbi (relative humidity = RH) mendekati 100 %.

• Kandungan CO2 lebih besar daripada atmosfir ( 0,03 %)

• Kandungan O2 lebih kecil daripada di atmosfir (udara tanah terdiri dari 10 – 12 %

O2, sedangkan atmosfir terdiri dari 20 % O2

Hal ini mungkin disebabkan karena kegiatan dekomposisi bahan organik atau

pernafasan organisme hidup dalam tanah dan akar-akar tanaman yang mengambil O2

dan melepaskan CO2.

GG

Gambar 4.2. Tiga fase tanah yang terpisah dari elemen tanah, dimana volume solid/ butiran tanah = 1

Volume suatu sampel tanah dapat dilihat pada gambar di atas, sehingga dapat dibuat

hubungannya sebagai berikut:

Fisika Tanah - 34

V = Vs + Vw + Va

Volume pori adalah ruang yang ditempai air dan udara, atau

Vv = Vw + Va

Dengan demikian volume sampel juga dapat dihitung dengan:

V = Vs + Vv

Jadi angka pori (e), porositas (n), dan saturasi (S) dapat dirumuskan sebagai:

= , = × 100% , = × 100%Hubungan antara angka pori dengan porositas ditulis seperti berikut:

=4.5. Penutup


1. Suatu sampel tanah yang memiliki berat lolos ayakan No. 200 sebesar 95% dengan LL

= 60 serta PI = 40. Tentukan klasifikasi tanah tersebut berdasarkan sistem AASHTO!

2. Mencari contoh soal tentang klasifikasi tanah berdasarkan sistem USCS.

3. Mencari perbandingan klasifikasi tanah berdasarkan sistem AASHTO terhadap sistem

USCS dan sebaliknya.

4.6. Daftar Bacaan



Fisika Tanah - 35

BAB 5 AIR DALAM TANAH

5.1. Pendahuluan

Kompetensi akhir yang akan diharapkan dari bagian pembelajaran ini, adalah: Mampu

menjelaskan defenisi, proses pembentukan dan manfaat air tanah. Untuk mencapai

kompetensi ini digunakan metode pembelajaran SCL dengan cara presentasi dan diskusi,

kemudian dilengkapi dengan makalah dan power point yang diperoleh dari referensi selain

bahan ajar ini.

5.2. Definisi

Air yang kita gunakan sehari-hari telah menjalani siklus meteorik, yaitu telah melalui

proses penguapan (evaporation) dari laut, danau, maupun sungai; lalu mengalami

kondensasi di atmosfer, dan kemudian menjadi hujan yang turun ke permukaan bumi. Air

hujan yang turun ke permukaan bumi tersebut ada yang langsung mengalir di permukaan

bumi (run off) dan ada yang meresap ke bawah permukaan bumi (infiltration). Air yang

langsung mengalir di permukaan bumi tersebut ada yang mengalir ke sungai, sebagian

mengalir ke danau, dan akhirnya sampai kembali ke laut.

Menurut Herlambang (1996) air tanah adalah air yang bergerak di dalam tanah yang

terdapat didalam ruang antar butir-butir tanah yang meresap ke dalam tanah dan bergabung

membentuk lapisan tanah yang disebut akifer. Lapisan yang mudah dilalui oleh air tanah

disebut lapisan permeable, seperti lapisan yang terdapat pada pasir atau kerikil, sedangkan

lapisan yang sulit dilalui air tanah disebut lapisan impermeable, seperti lapisan lempung

atau geluh. Lapisan yang dapat menangkap dan meloloskan air disebut akuifer.

Air tanah (groundwater) adalah bagian dari air yang ada di bawah permukaan tanah (sub-

surface water), yakni hanya yang berada di zona jenuh (zone of saturation). Penyebaran

vertikal air bawah permukaan dapat dibagi menjadi:

Zona tak-jenuh (zone of aeration) terisi air dan udara

Zona jenuh (zone of saturation) seluruhnya terisi air

Air yang berada pada zona tak-jenuh disebut air gantung (vadose water). Air gantung

yang terdapat dekat permukaan hingga tersedia bagi akar tetumbuhan disebut air solum

(solumn water), dan yang tersimpan dalam ruang merambut (capillary zone) disebut air

merambut (capillary water).

Fisika Tanah - 36

Gambar 5.1. Distribusi perlapisan air tanah

Air tanah dapat kita bagi lagi menjadi dua, yakni air tanah preatis dan air tanah artesis.

a. Air Tanah Preatis

Air tanah preatis adalah air tanah yang letaknya tidak jauh dari permukaan tanah serta

berada di atas lapisan kedap air / impermeable. Umumnya berasosiasi dengan akuifer yang

berada dekat permukaan hingga kedalaman 15 - 40 m.

b. Air Tanah Artesis

Air tanah artesis letaknya sangat jauh di dalam tanah serta berada di antara dua lapisan

kedap air. Umumnya berasosiasi dengan akuifer yang tersimpan pada kedalaman lebih

dari 40 m.

Gambar 5.2. Gambaran permukaan air tanah

Fisika Tanah - 37

5.3. Pembentukan dan Pergerakan Air Tanah

Infiltrasi adalah peristiwa masuknya air ke dalam tanah yang umumnya melalui permukaan

dan secara vertikal. Jika air dalam tanah tidak bergerak secara vertikal, melainkan

horizontal yang disebut rembesan lateral.

Gambar 5.2. Gambaran permukaan air tanah

Beberapa curah hujan yang jatuh ke tanah infiltrat ke dalam tanah menjadi air tanah.

Setelah di tanah, air ini bergerak dekat dengan permukaan tanah dan muncul dengan sangat

cepat sebagai debit ke streambeds, tapi, karena gravitasi, sebagian besar terus tenggelam

lebih dalam ke dalam tanah. Jika air tersebut memenuhi meja air (bawah tanah yang

jenuh), dapat bergerak secara vertikal dan horizontal. Air bergerak ke bawah juga dapat

memenuhi lebih padat dan tahan air non-pori batuan dan tanah, yang menyebabkan untuk

mengalir dengan cara yang lebih horisontal, umumnya ke arah sungai, laut, atau lebih

dalam ke dalam tanah.

Jika air tanah ingin menjadi anggota dalam performa yang baik dari siklus air, maka tidak

dapat benar-benar statis dan tinggal di mana tempatnya. Seperti ditunjukkan diagram, arah

dan kecepatan gerakan air tanah ditentukan oleh berbagai karakteristik akuifer dan lapisan

batuan bawah permukaan membatasi (yang air memiliki waktu yang sulit menembus) di

dalam tanah. Air bergerak di bawah tanah tergantung pada permeabilitas (seberapa mudah

atau sulitnya bagi air untuk bergerak) dan pada porositas (jumlah ruang terbuka dalam

materi) dari batuan bawah permukaan. Jika batu memiliki karakteristik yang

memungkinkan air bergerak relatif bebas melalui itu, maka air tanah dapat bergerak jarak

yang signifikan dalam beberapa hari. Tapi air tanah juga dapat tenggelam dalam akuifer

dalam dimana dibutuhkan ribuan tahun untuk kembali ke lingkungan, atau bahkan masuk

Fisika Tanah - 38

ke dalam penyimpanan air tanah dalam, di mana ia mungkin tinggal untuk waktu yang

lebih lama lagi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya infiltrasi adalah:

Ukuran pori

Kandungan air tanah

Besarnya curah hujan

Kondisi geologi dan litologi setempat

Perkolasi adalah peristiwa masuknya air lebih dalam ke dalam tanah menjadi air bawah

tanah (ground water) yang kemudian akan masuk ke dalam sungai atau danau melalui

aliran bawah tanah (ground water flow)

Laju infiltrasi adalah banyaknya air persatuan waktu yg masuk melalui permukaan

tanah (dalam mm/jam)

Laju perkolasi adalah banyaknya air yang melalui penampang profil tanah

persatuan waktu (dalam mm/jam)

Kamampuan profil tanah melewatkan air ke dalam profil tanah disebut kapasitas

perkolasi.

5.3.1. Sifat Fisik Batuan

Sifat fisik batuan yang dapat mempengaruhi jumlah air tanah (Rock Properties Affecting

Groundwater), adalah:

Porositas,merupakan jumlah atau persentase pori atau rongga dalam total volume

batuan atau sedimen.

Permeabilitas,merupakan kemampuan batuan atau tanah untuk melewatkan atau

meloloskan air.

Lapisan atau batuan yang disusun oleh material lempung yang tidak dapat

melewatkan air disebut lapisan kedap air (impermeable) dan disebut lapisan

aquiclude.Sebaliknya,batuan permeabel yang disusun oleh material kasar seperti

pasir atau kerikil yang mempunyai pori-pori yang besar,yang dapat mengalirkan air

tanah dengan mudah disebut lapisan akifer.

Fisika Tanah - 39

Air yang tersimpan di bawah tanah itu disebut air tanah. Sementara air yang tidak

bisa diserap dan berada di permukaan tanah disebut air permukaan. Permukaan air

tanah atau batas atas muka air tanah disebut water table, sementara lapisan tanah

yang terisi air tanah disebut zona saturasi air.

Gambar 5.3. Zona saturasi

Formasi geologi permeabel (tembus air) yang dikenal sebagai aquifer (juga disebut

reservoir air tanah, fomasi pengikat air, dasar-dasar yang tembus air) yang

merupakan formasi pengikat air yang memungkinkan jumlah air yang cukup besar

untuk bergerak melaluinya pada kondisi lapangan yang biasa.

Akiklud (atau dasar semi permeabel) yaitu suatu formasi yang berisi air tetapi tidak

dapat memindahkannya dengan cukup cepat untuk melengkapi persediaan yang

berarti pada sumur atau mata air.

Dalam perjalananya aliran air tanah seringkali melewati suatu lapisan akifer yang

diatasnya memiliki lapisan penutup yang bersifat kedap air (impermeable) hal ini

mengakibatkan perubahan tekanan antara air tanah yang berada di bawah lapisan penutup

dan air tanah yang berada diatasnya. Perubahan tekanan inilah yang didefinisikan sebagai

air tanah tertekan (confined aquifer) dan airtanah bebas (unconfined aquifer).

Menurut Krussman dan Ridder (1970) dalam Utaya (1990) bahwa macam-macam akifer

sebagai berikut:

a. Akifer Bebas (Unconfined Aquifer) yaitu lapisan lolos air yang hanya sebagian terisi

oleh air dan berada di atas lapisan kedap air. Permukaan tanah pada aquifer ini disebut

Fisika Tanah - 40

dengan water table (preatiklevel), yaitu permukaan air yang mempunyai tekanan

hidrostatik sama dengan atmosfer.

b. Akifer Tertekan (Confined Aquifer) yaitu aquifer yang seluruh jumlahnya air yang

dibatasi oleh lapisan kedap air, baik yang di atas maupun di bawah, serta mempunyai

tekanan jenuh lebih besar dari pada tekanan atmosfer.

c. Akifer Semi tertekan (Semi Confined Aquifer) yaitu aquifer yang seluruhnya jenuh

air, dimana bagian atasnya dibatasi oleh lapisan semi lolos air di bagian bawahnya

merupakan lapisan kedap air.

Gambar 5.4. Kemungkinan permukaan air tanah dalam bor yang tertekan

Gambar 5.5. Kemungkinan permukaan air tanah dalam bor yang bebas

d. Akifer Semi Bebas (Semi Unconfined Aquifer) yaitu aquifer yang bagian bawahnya

yang merupakan lapisan kedap air, sedangkan bagian atasnya merupakan material

berbutir halus, sehingga pada lapisan penutupnya masih memungkinkan adanya

gerakan air

Fisika Tanah - 41

Dengan demikian aquifer ini merupakan peralihan antara aquifer bebas dengan aquifer

semi tertekan.

Tolman (1937) dalam Wiwoho (1999) mengemukakan bahwa air tanah dangkal pada

akifer dengan material yang belum termampatkan di daerah beriklim kering menunjukan

konsentrasi unsur-unsur kimia yang tinggi terutama musim kemarau. Hal ini disebabkan

oleh adanya gerakan kapiler air tanah dan tingkat evaporasi yang cukup besar. Besar

kecilnya material terlarut tergantung pada lamanya air kontak dengan batuan. Semakin

lama air kontak dengan batuan semakin tinggi unsur-unsur yang terlarut di dalamnya.

Disamping itu umur batuan juga mempengaruhi tingkat kegaraman air, sebab semakin tua

umur batuan, maka semakin tinggi pula kadar garam-garam yang terlarut di dalamnya.

Gambar 5.6. Lapisan permeabel

Gambar 5.7. Tipe akuifer

Fisika Tanah - 42

Gambar 5.8. Kondisi geomorfologi dengan akuifer yang baik

Todd (1980) dalam Hartono (1999) menyatakan tidak semua formasi litologi dan kondisi

geomorfologi merupakan akifer yang baik. Berdasarkan pengamatan lapangan, akifer

dijumpai pada bentuk lahan sebagai berikut:

a. Lintasan air (water course), materialnya terdiri dari aluvium yang mengendap di

sepanjang alur sungai sebagai bentuk lahan dataran banjir serta tanggul alam. Bahan

aluvium itu biasanya berupa pasir dan karikil.

b. Lembah yang terkubur (burried valley) atau lembah yang ditinggalkan (abandoned

valley), tersusun oleh materi lepas-lepas yang berupa pasir halus sampai kasar.

c. Dataran (plain), ialah bentuk lahan berstruktur datar dan tersusun atas bahan aluvium

yang berasal dari berbagai bahan induk sehingga merupakan akifer yang baik.

d. Lembah antar pegunungan (intermontane valley), yaitu lembah yang berada diantara

dua pegunungan, materialnya berasal dari hasil erosi dan gerak massa batuan dari

pegunungan di sekitarnya.

e. Batu gamping (limestone), air tanah terperangkap dalam retakan-retakan atau diaklas-

diaklas. Porositas batu gamping ini bersifat sekunder.

Batuan vulkanik, terutama yang bersifat basal. Sewaktu aliran basal ini mengalir, ia

mengeluarkan gas-gas. Bekas-bekas gas keluar itulah yang merupakan lubang atau pori-

pori dapat terisi air.

5.3.2. Gerakan Air Tanah

Di samping air tanah bergerak dari atas ke bawah, air tanah juga bergerak dari bawah ke

atas (gaya kapiler). Air bergerak horisontal pada dasarnya mengikuti hukum hidrolika, air

bergerak horisontal karena adanya perbedaan gradien hidrolik. Gerakan air tanah

Fisika Tanah - 43

mengikuti hukum Darcy yang berbunyi “volume air tanah yang melalui batuan berbanding

lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan tebal lapisan.

Pada tahun 1856, Darcy memperkenalkan suatu persamaan sederhana yang digunakan

untuk menghitung kecepatan aliran air yang mengalir dalam tanah jenuh, dinyatakan

sbagai berikut

v = k i dengan = ∆

dimana :

v = kecepatan aliran,

k = koefisien rembesan

i = garadien hidrolik

L = panjang aliran air

Gambar 5.9. Tekanan, elevasi, dan tinggi total energy untuk aliran air dalam tanah

Gambar 5.10. Variasi kecepatan aliran dengan gradien hidrolik dalam tanah Lempung

Fisika Tanah - 44

Apabila jumlah air yang mengalir tanah dala satu satuan waktu disebut debit dan ditulis:

Q = Av = Avvs

di mana:

vs = Kecepatan rembesan yang melalui pori-pori tanah

Av = luas pori-pori penampang melintang sampel tanah.

5.3.3. Mutu Air Tanah

Sifat fisika dan komposisi kimia air tanah yang menentukan mutu air tanah secara alami

sangat dipengaruhi oleh jenis litologi penyusun akuifer, jenis tanah/batuan yang dilalui air

tanah, serta jenis air asal air tanah. Mutu tersebut akan berubah manakala terjadi intervensi

manusia terhadap air tanah, seperti pengambilan air tanah yang berlebihan, pembuangan

libah, dll Air tanah dangkal rawan (vulnerable) terhadap pencemaran dari zat-zat pencemar

dari permukaan. Namun karena tanah/batuan bersifat melemahkan zat-zat pencemar, maka

tingkat pencemaran terhadap air tanah dangkal sangat tergantung dari kedudukan akuifer,

besaran dan jenis zat pencemar, serta jenis tanah/batuan di zona takjenuh, serta batuan

penyusun akuifer itu sendiri. Mengingat perubahan pola imbuhan, maka air tanah dalam di

daerah-daerah perkotaan yang telah intensif pemanfaatan air tanahnya, menjadi sangat

rawan pencemaran, apabila air tanah dangkalnya di daerah-daerah tersebut sudah tercemar.

Air tanah yang tercemar adalah pembawa bibit-bibit penyakit yang berasal dari air (water

born diseases).

5.3.4. Manfaat air tanah dalam kehidupan

Air sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, binatang, dan tetumbuhan. Adapun

manfaat dalam kehidupan adalah:

a. makin banyak air tanah debet air dalam tanah akan bertambah

b. air tanah mempengaruhi kontinuitas debet air sungai

c. air tanah mempengaruhi sumber air pada sentral PLTA

d. air tanah sebagai persediaan air minum penduduk dan irigasi

e. air tanah berpengaruh terhadap kelangsungan tumbuh-tumbuhan, hewan, dan

manusia

5.3.5. Pelestarian Air Tanah

Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mengisi persediaan air tanah adalah dengan

melubangi tanah dengan diameter 5 cm dan kedalaman 50 cm hingga 1 meter. Hal ini

Fisika Tanah - 45

bertujuan selain mengurangi risiko banjir, juga agar pada saat hujan, air hujan yang turun

dapat terserap oleh tanah dan menuju pada titik air tanah.

Selain itu, bagi Anda yang kerap menggunakan jasa hotel berbintang, hendaknya

menggunakan air yang telah menjadi fasilitas Anda di kamar hotel dengan sebijak

mungkin. Upayakan sebisa mungkin hindari berendam di bathtube yang akan

menghabiskan air dalam volume yang sangat banyak.

Perilaku merusak lingkungan (khususnya air sebagai sumber daya alami) sudah mengakar

di berbagai lapisan masyarakat. Eksistensi dan daya juang kelompok pecinta lingkungan di

beberapa daerah, setidaknya telah berhasil memberikan edukasi dan penyadaran bertahap

kepada masyarakat. Namun, hal ini tidaklah menghentikan perusakan yang dilakukan baik

oleh masyarakat secara langsung maupun oleh pemerintah melalui sistem dan kebijakan

yang tidak memihak pada pelestarian air tanah.

Apa yang dilakukan kelompok pencinta lingkungan tersebut baru menyentuh sebagian

kecil dari permasalahan memuliakan air. Tindakan nyata masyarakatlah, entah itu berupa

upaya tidak mendukung perusakan air entah melakukan kampanye pemuliaan air di

lingkungan sendiri, yang paling mujarab dalam menangani permasalahan air yang tiap

tahun menjadi perhatian serius dari para pencinta lingkungan, tak hanya di Indonesia,

tetapi juga di dunia.

5.3.6. Pencemaran Air

Pencemaran adalah suatu penyimpangan dari keadaan normalnya. Jadi pencemaran air

tanah adalah suatu keadaan air tersebut telah mengalami penyimpangan dari keadaan

normalnya. Ada banyak indikator yang menunjukkan tingkat pencemaran air tanah, yang

harus dilakukan di laboratorium. Namun secara sederhana air tanah yang tercemar juga bisa

dikenali lewat pengamatan fisik. Untuk mendapatkan air tanah dengan kualitas baik, sumur

harus dibuat dengan kedalaman tertentu. Sumur yang terlalu dangkal akan terisi air

permukaan, yang lebih mudah terkontaminasi oleh cemaran atau polutan.

Sumber pencemaran terdiri dari polutan alami (mineral dan mikroorganisme) serta polutan

buatan. Polutan buatan manusia seperti residu (sisa) bahan kimia umumnya lebih berbahaya

dibandingkan polutan alami. Polutan buatan bisa datang dari limbah rumah tangga, industri

Fisika Tanah - 46

maupun pertanian. Dari rumah tangga antara lain berupa air sabun bekas cucian. Dari

industri lebih beragam, sementara dari pertanian antara lain pupuk dan pestisida.

Air bersih yang layak untuk dikonsumsi seharusnya tidak berbau, tidak berasa dan tidak

berwarna. Adanya pencemaran menyebabkan perubahan pada sifat tersebut. Tanda-tanda

bahwa air tanah sudah tercemar dapat dikenali melalui pengamatan fisik. Beberapa di

antaranya adalah:

a. Warna kekuningan akan muncul jika air tercemar chromium dan materi organik. Jika

air berwarna merah kekuningan, itu menandakan adanya cemaran besi. Sementara

pengotor berupa lumpur akan memberi warna merah kecoklatan.

b. Kekeruhan juga merupakan tanda bahwa air tanah telah tercemar oleh koloid (bio zat

yang lekat seperti getah atau lem). Lumpur, tanah liat dan berbagai mikroorganisme

seperti plankton maupun partikel lainnya bisa menyebabkan air berubah menjadi keruh.

c. Polutan berupa mineral akan membuat air tanah memiliki rasa tertentu. Jika terasa

pahit, pemicunya bisa berupa besi, alumunium, mangaan, sulfat maupun kapur dalam

jumlah besar.

d. Air tanah yang rasanya seperti air sabun menunjukkan adanya cemaran alkali.

Sumbernya bisa berupa natrium bikarbonat, maupun bahan pencuci yang lain misalnya

detergen.

e. Sedangkan rasa payau menunjukkan kandungan garam yang tinggi, sering terjadi di

daerah sekitar muara sungai.

f. Bau yang tercium dalam air tanah juga menunjukkan adanya pencemaran. Apapun

baunya, itu sudah menunjukkan bahwa air tanah tidak layak untuk dikonsumsi.

5.4. Penutup


1. Sebuah sampel dibuat sedemikian sehingga berbentuk silinder untuk diukur koefisien

rembesannya dengan luas 80 cm2 dan tinggi 100 cm. Bila tinggi jatuh air yang

digunakan dari lubang pengeluaran adalah 1,5 m, maka volume air yang tertampung

selama 10 menit adalah 25 mL. Berapa koefisien rembesan sampel tersebut?

2. Uraikan manfaat air tanah bagi kehidupan manusia.

3. Mencari dari literatur tentang gambar siklus hidrologi yang lengkap kemudian

dijelaskan.

Fisika Tanah - 47

5.5. Bacaan



Fisika Tanah - 48

BAB 6 KONSEVASI TANAH DAN AIR

6.1. Pendahuluan


menjelaskan arti, jenis, dan proses-proses dalam konservasi tanah dan air. Untuk mencapai

kompetensi ini digunakan metode pembelajaran SCL dengan cara presentasi dan diskusi,

kemudian dilengkapi dengan makalah dan power point yang diperoleh dari referensi selain

bahan ajar ini.

6.2. Definisi

Konservasi tanah dalam arti luas adalah penempatan setiap bidang tanah pada cara

penggunaan yang sesuai dengan kemampuan tanah tersebut dan memperlakukannya sesuai

dengan syarat-syarat yang diperlukan agar tidak terjadi kerusakan tanah. Dalam arti yang

sempit konservasi tanah diartikan sebagai upaya untuk mencegah kerusakan tanah oleh

erosi dan memperbaiki tanah yang rusak oleh erosi. Sifat-sifat fisik, kimia, dan biologi

tanah menentukan kemampuan tanah (soil capability) untuk suatu penggunaan dan

perlakuan yang diperlukan agar tanah tidak rusak dan dapat digunakan secara

berkelanjutan (sustainable). Sifat-sifat tanah tersebut juga menentukan kepekaan tanah

untuk tererosi. Sistem penilaian tanah untuk maksud menentukan kemampuan tanah,

dirumuskan di dalam Sistem Klasifikasi Kemampuan Lahan (Land Capability

Classification).

Sistem klasifikasi tanah ini ditujukan untuk :

1. Mencegah erosi

2. Memperbaiki tanah yang rusak

3. Memelihara serta meningkatkan produktivitas tanah agar tanah dapat digunakan secara

berkelanjutan (lestari).

Dengan demikian, maka konservasi tanah tidaklah berarti penunndaan penggunaan tanah

atau pelarangan penggunaan tanah, melainkan menyesuaikan macam dan cara penggunaan

tanahdengan kemampuan tanah serta memberikan perlakuan sesuai dengan syarat yang

diperlukan agar tidak rusak dan dapat berfungsi secara berkelanjutan. Inilah kaedah

konservasi tanah.

Konservasi air pada prinsipnya adalah penggunaan air hujan yang jatuh ke tanah untuk

pertanian seefesien mungkin, dan mengatur waktu aliranagar tidak terjadi banjir yang

merusakdan terdapat cukup air pada waktu musim kemarau.

Fisika Tanah - 49

Konservasi tanah mempunyai hubungan yang sangat erat dengan konservasi air. Setiap

perlakuan yang diberikan pada sebidang tanah akan mempengaruhi tata air pada tempat itu

dan tempat-tempat dihilirnya. Oleh karena itu, konservasi tanah dan konservasi air

merupakan dua hal yang berhubungan erat sekali. Berbagai tindakan konservasi tanah juga

merupakan tindakan konservasi air.

Berdasarkan hubungan ini,maka tanggung jawab sektor pertaniandalam masalah air ada

dua yaitu:

1. Memelihara jumlah, waktu aliran dan kualitas air

2. Mengoptimalkan manfaat air melalui penerapan cara-cara penggunaan air unutk

pertanian yang efisien (Renne,1960).

Persoalan konservasi tanah dan air adalah kompleks dan memerlukan kerjasama yang erat

antara berbagai disiplin ilmu pengetahuan seperti ilmu tanah, biologi, hidrologi dan teknik

konservasitanah dan air. Pada akhirnya pengembangan dan penerapan konservasi tanah

dan air ditentukan oleh berbagai aspek sosial, ekonomi dan budaya manusia.

6.3. Erosi

Erosi adalah peristiwa pindahnya atau terangkutnya tanah atau bagian-bagian tanah dari

suatu tempat ke tempat lain oleh media alami. Pada peristiwa erosi, tanah atau bagian-

bagian tanah pada suatu tempat terkikis dan terangkut yang kemudian diendapkan ditempat

lain. Pengikisan dan pengangkutan tanah tersebut terjadi oleh media alami yaitu air dan

angin.

Erosi oleh angin disebabkan oleh kekuatan angin, sedangkan erosi oleh air ditimbulkan

oleh kekuatan air. Didaerah beriklim basah erosi oleh air yang lebih penting, sedangkan

erosi oleh angin tidak begitu berarti. Erosi oleh angin merupakan peristiwa sangat penting

di daerah beriklim kering. Indonesia adalah daerah tropika yang umumnya beriklim basah,

maka pembahasan akan berpusat pada masalah erosi oleh air.

Beberapa macam erosi yang dikenal dalam kamus konservasi tanah dan air yaitu erosi

geologi, erosi normal, dan erosi dipercepat. Erosi geologi adalah erosi yamg terjadi sejak

permukaan bumiterbentuk yang menyebabkan terkikisnya batuan, sehingga terjadi bentuk

morfologi permukaan bumi seperti yang terdapat sekaramg ini. Erosi normal, juga disebut

erosi alami merupakan proses pengangkutan tanah atau bagian-bagian tanah yang terjadi di

bawah keadaan alami. Erosi alam terjadi dengan laju yang lambatyang memungkinkan

Fisika Tanah - 50

terbentuknya tanah yang tebal dan mampu mendukung pertumbuhan vegetasi secara

normal. Erosi dipercepat adalah pengangkutan tanah dengan laju yang lebih cepat dari

erosi normal dan lebih cepat dari pembentukan tanah yang menimbulkan kerusakan tanah,

sebagai akibat perbuatan manusia yang menghilangkan tumbuhan penutup tanah.

Meskipun kedua macam erosi tersebut terjadi, hanya erosi dipercepat yang menjadi

perhatian konversi tanah dan digunakan dalah istilah erosi.

Menurut bentuknya, erosi dibedakan dalam erosi lembar, erosi alur, erosi internal. Erosi

yang terjadi pada tanggul atau tepi saluran irigasi atau drainase dapat berbentuk salah satu

dari bentuk tersebut.

6.3.1. Erosi Lembar

Erosi lembar (sheet erosion) adalah pengangkutan lapisan tanah yang merata tebalnya dari

suatu permukaan tanah. Kekuatan butir-butir hujan dan aliran permukaan yang merata di

atas permukaan tanah merupakan penyebab erosi ini. Dari segi energi, pengaruh butir-butir

hujan mungkin lebih besar karena kecepatan jatuhnya sekitar 6 smapai 10 m detikˉˡ,

sedangkan kecepatan aliran air di permukaan tanah berkisar antara 0,3 sampai 0,6 m/s deti.

Kehilangan lapisan dari permukaan tanah adalah seragam tebalnya, maka bentuk erosi

lembar tidak segera nampak. Jika proses erosi telah berjalan lanjut barulah disadari, yaitu

setelah tanaman mulai ditanam di ataslapisan bawah tanah (subsoil) yang tidak baik bagi

pertumbuhan tanaman. Erosi lembar disebut juga erosi antara alur atau interrill erosion.

6.3.2. Erosi Alur

Erosi alur (rill erosion) adalah pengangkutan tanah dari alur-alur tertentu pada permukaan

tanah, yang merupakan parit-parit kecil dan dangkal. Erosi alur terjadi karena air mengalir

di permukaan tanah tidak merata, tetapi terkonsentrasi pada alur tertentu, sehingga

pengangkutan tanah terjadi pada tempat aliran permukaan terkonsentrasi. Kecenderungan

terjadinya erosi alur lebih dipengaruhi oleh cara bertanam dan sifat fisik tanah dari pada

oleh sifat hujan.

Alur yang terjadi masih dangkal dan dapat dihilangkan dengan pengolahan tanah. Erosi

alur biasanya terjadi pada tanah-tanah yang ditanami dengan tanaman yang ditanam

berbaris menurut lereng, atau akibat pengolahan tanah menurut lereng, atau bekas jalur

menarik balok kayu. Erosi lembar dan erosi alur lebih banyak dan luas terjadinya dari pada

erosi bentuk lain.

Fisika Tanah - 51

6.3.3. Erosi Parit

Erosi parit (Gully erosion) proses terjadinya sama dengan erosi alur, tetapi alur yang

terbentuk sudah demikian besarnya sehingga tidak dapat lagi dihilangkan dengan

pengolahan tanah biasa. Erosi parit yang baru terbentuk berukuran sekitar 40 cm lebarnya

dengan kedalaman sekitar 30 cm. Erosi parit yang sudah lanjut dapat mencapai 30 cm

dalamnya.

Erosi parit dapat berbentuk V atau U, bergantung pada kepekaan erosi substratanya.

Bentuk V adalah bentuk yang umum terdapat, tetapi pada daerah yang substratanya yang

mudah lepas yang umumnya berasal dari batuan sedimen, maka akan terjadi bentuk U.

Tanah-tanah yang telah mengalami erosi parit sangat sulit dijadikan untuk tanah pertanian.

Diantara kedua bentuk tersebut, bentuk U lebih sulit diperbaiki dari pada bentuk V. Erosi

parit juga dikenal dengan nama ravine.

6.3.4. Erosi Tebing Sungai

Energi tebing sungai (river bank erosion) terjadi sebagai akibat pengikisan tebing sungai

oleh air yang mengalir dari bagian atas tebing atau oleh terjangan aliran sungai yang kuat

pada belokan sungai. Erosi tebing akan terjadi lebih hebat, jika vegetasi penutup tebing

tidak ada atau jika pengolahan tanah sampai ke pinggir tebing sungai. Oleh karena itu,

sangat penting memelihara satu strip tumbuhan sepanjang sungai untuk mencegah erosi

tebing. Strip tumbuhan, berupa rumput, semak atau hutan disepanjang sungai yang disebut

riparian strip (strip atau jalur riparian) merupakan metode untuk mencegah terjadinya erosi

tebing.

6.3.5. Longsor

Longsor (landslide) adalah suatu bentuk erosi yang pengangkutan atau pemindahan atau

gerakan tanah yang terjadi pada saat bersamaan dalam volume besar. Berbeda dari bentuk

erosi lainnya, pada tanah longsor pengangkutan tanah dalam volume besar terjadi

sekaligus. Longsor terjadi sebagai akibat meluncurnya suatu volume tanah diatas suatu

lapisan agak kedap air yang jenuh air. Lapisan kedap air tersebut terdiri atas liat atau

mengandung liat tinggi atau batuan lain seperti lapal liat (clay shale) yang setelah jenuh air

berlaku sebagai tempat meluncur.

Akan terjadi longsor jika terpenuh tiga keadaan, yaitu ;

Fisika Tanah - 52

1. Lereng yang cukup curam, sehingga volume tanah dapat bergerak atau meluncur ke

bawah.

2. Terdapat lapisan di bawah permukaan tanah yang kedap air dan lunak yang merupakan

bidang luncur.

3. Terdapat cukup air dalam tanah, sehingga lapisan tanah tepat dia atas lapisan kedap air

menjadi jenuh.

Lapisan kedap atau agak kedap air biasanya terdiri dari lapisan liat atau mengandung liat

tinggi, tetapi mungkin juga lapisan batuan, Napal liat (clay shale). Suatu bentuk lain yang

mirip dengan tanah longsor adalah tanah yang merayap (soil creep). Pada tanah merayap,

perpindahan tanah terjadi ke bagian bawah pada suatu bidang yang sama dengan tempat

tanah semula.

6.3.6. Erosi Internal

Erosi internal adalah terangkutnya butir-butir tanah ke bawah ke dalam celah-celah atau

pori-pori tanah, sehingga tanah menjadi kedap air dan udara. Erosi internal mungkin tidak

menyebabkan kerusakan berarti karena sebenarnya bagian-bagian tanah tidak terangkut

keluar tempat tersebut, dan tanah akan baik kembali setelah dilakukan pengolahan tanah.

Akan tetapi erosi internal menyebabkan menurunnya kapasitas infiltrasi tanah dengan

cepat, sehingga aliran permukaan meningkat dan menyebabkan terjadinya erosi lembar

atau erosi alur.erosi internal juga disebut erosi vertikal.

Bentuk lain erosi yang terjadi pada tempat-tempat tertentu adalah erosi terowongan atau

piapa (piping), erosi lapik (pedestal), dan erosi mercu (pinnacle). Erosi terowongan adalah

terangkutnya bagian-bagian tanah ke bagian bawah yang menimbulkan lubang memanjang

ke bawah, membentuk semacam pipa dan hanya terjadi pada tanah-tanah yang biasanya

merupakan tanah yang buruk untuk pertanian. Erosi lapik terjadi disekitar pangkal pohon

atau batu karena tanah disekitar pangkal pohon atau batu atau kerikil tererosi oleh percikan

butir-butir hujan atau terangkut oleh aliran permukaan, sedangkan tanah yang berada

didekat pangkal pohon dan akar atau berada di bawah batu terlindung dari percikan hujan

dan tidak tererosi. Erosi merci seperti tonggak-tonggak terbuat dari tanah, yang tingginya

beberapa centimeter (cm). Tonggak-tonggak tanah tersebut mrupakan bagian tanah yang

resisten terhadap erosi atau yang tertutup batu atau kerikil. Sifat-sifat kimia dan fisik tanah

yang menyebabkan terjadinya erosi mercu tidak diketahui, akan tetapi umumnya terdapat

pada tanah-tanah mengandung Natrium berlebih dan dalam keadaan terflokulasi.

Fisika Tanah - 53

Masalah utama dari konservasi tanah adalah masalah menjaga agar tanah tidak terdispersi,

dan mengatur kekuatan gerak dan jumlah aliran permukaan agar tidak terjadi

pengangkutan tanah. berdasarkan hal ini, ada 3 cara pendekatan dlam konservasi tanah,

yaitu:

1. Menutup tanah dengan tumbuhan dan tanaman

2. Memperbaiki dan menjaga keadaan tanah, sekaligus menjaga kemampuan untuk

menyerap air

3. Mengatur aliran permukaan agar mengalir tanpa merusak permukaan tanah.

6.4. Metode Konservasi Tanah dan Air

Beberapa metode yang diterapkan dalam konsevasi tanah dan air, yaitu: metode vegetatif,

mekanik dan kimia.

6.4.1. Metode Vegetatif

Metode vegetatif adalah metode yang mempenggunakan tanaman dan tumbuhan untuk

mengurangi jumlah dan kecepatan aliran permukaan tanah. tujuannya antara lain:

a. Melindungi tanah terdapat daya perusak butir butir hujan yang jatuh

b. Melindungi tanah terhadap daya perusak air yang mengalir di permukaan tanah

c. Memperbaiki kapasitas infiltrasi tanah dan penahanan air yang langsung

mempengaruhi besarnya aliran permukaan.

Metode vegetatif dapat diurai sebagai berikut:

1. Penanaman dalam strip, yaitu suatu system bercocok tanam yang beberapa jenis

tanaman dalam strip yang berselang seling pada sebidang tanah pada waktu yang sama

dan disusun memotong lereng atau menurut garis kontur.

Menurut Kell and Brown (1938) dan Tower and Gardens (1946), tipe tipe penanaman

dalam strip dapat dibagi menjadi:

a. Penanaman dalam strip menurut kontur

b. Penanaman dalam strip lapangan yang terdiri dari strip strip tanaman yang

lebarnya seragam yang dibuat memotong arah lereng umum.

c. Penanaman berselang seling antara tanaman pokok dan rumput menurut kontur.

Menurut Wischmeir and Smith (1965), ukuran strip dapat dinyatakan sebagai:

W = 27 – (3(S-6))/4

dengan W : lebar strip dalam meter dan S : kecuraman lereng dalam persen

Fisika Tanah - 54

2. Penggunaan sisa sisa atau bagian bagian tanaman dan tumbuhan, yakni dalam bentuk

pupuk yang dibenamkan ke dalam tanah baik dalam secara merata atau pun dalam

jalur jalur tertentu. Sisa sisa tanaman dapat juga ditumpuk terlebih dahulu pada tempat

tertentu dan dijaga kelembabannya sampai terjadi humifikasi sehingga berbentuk

kompos sebelum digunakan sebagai pupuk.

3. Geotekstil, adalah tekstil (barang tenun atau tenunan) permeable yang digunakan

dalam pekerjaan pekerjaan yang berhubungan dengan tanah, fondasi bangunan, dan

batuan atau bahan bahan yang digunakan dalam pekerjaan geoteknik sebagai bagian

integral proyek buatan manusia (John, 1989). Fungsinya antara lain:

a. Pemisahan dua bahan tanah (ground material) yang berbeda

b. Filtrasi, yaitu pemindahan cairan, bukan bahan padat, melalui geotekstil

c. Drainase, dimana geotekstil meningkatkan konduktivitas hidrolik local, sehingga

meningkatkan aliran ke drainase bawah tanah (sub-surface drain)

d. Pengendalian erosi

e. Stabilisasi dan penguatan lereng

f. Ameleorasi suatu tempat agar tumbuhan dapat ditanam dan tumbuh

4. Strip penyangga riparian, yakni penanaman tumbuhan berupa pohonan, rumputan, dan

semak semak atau campuran berbagai bentuk dan jenis vegetasi sepanjang tepi kiri dan

kanan sungai. Fungsinya antara lain:

a. Sungai tidak terganggu oleh aktifitas yang berkembang disekitarnya

b. Agar kegiatan pemanfaatan dan upaya peningkatan nilai manfaat sumber daya

yang ada di sungai dapat memberikan hasil secara optimal sekaligus menjaga

fungsi sungai

c. Agar daya rusak air terhadap sungan dan lingkungannya dapat dibatasi.

6.4.2. Metode Mekanik

Metode mekanik adalah semua perlakuan fisik mekanis yang diberikan terhadap tanah dan

pembuatan bangunan untuk mengurangi aliran permukaan dan erosi, dan meningkatkan

kemampuan penggunaan tanah. Fungsinya antara lain:

a. Memperlambat aliran permukaan

b. Menampung dan menyalurkan aliran permukaan dengan kekuatan yang tidak merusak

c. Memperbaiki atau memperbesar infiltrasi air ke dalam tanah dan memperbaiki aerasi

tanah

d. Penyediaan air bagi tanaman

Fisika Tanah - 55

Metode mekanik ini meliputi:

1. Pengolahan tanah konservasi, adalah setipa manipulasi mekanik terhadap tanah untuk

menciptakan keadaan tanah yang baik bagi pertumbuhan tanaman. Langkah

langkahnya antara lain:

a. Tanah diolah seperlunya, tergantung pada kondisi fisik tanah

b. Pengolahan tanah dilakukan untuk bukan sawah pada kandungan air tanah yang

tepat

c. Gunakan herbisida ramah lingkungan untuk memberantas gulma

d. Dalamnya pengolahan selalu dirubah

e. Pengolahan tanah dilakukan menurut kontur

2. Pengolahan tanah menurut kontur, yakni menanam tanaman berdasarkan kontur dan

membentuk jalur jalur tumpukan tanah yang dibalik memanjang ke bawah searah

lereng sehingga akan terjadi konsentrasi aliran permukaan pada alur alur tersebut.

Keuntungan utama dari metode ini adalah terbentuknya penghambat aliran permukaan

yang meningkatkan penyerapan air oleh tanah dan menghindari pengangkutan tanah.

3. Guludan dan Guludan bersaluran, adalah tumpukan tanah yang dibuat memanjang

menurut arah garis kontur atau memotong lereng. Umumnya, tinggi guludan sekitar 25

– 30 cm dengan lebar dasar sekitar 30 – 40 cm.

4. Parit pengelak, adalah salah satu cara konservasi tanah dengan membuat semacam

saluran yang memotong arah lereng atau menurut kontur dengan kemiringan yang

kecil terhadap kontur sehingga kecepatan air di dalam saluran tersebut tidak lebih dari

0,5 m/s. fungsinya adalah menampung dan menyalurkan aliran permukaan dari bagian

atau lereng dengan kecepatan rendah ke saluran pembuangan yang ditanami rumput.

5. Teras, berfungsi menurangi panjang lereng dan menahan air sehingga mengurangi

kecepatan dan jumlah aliran permukaan serta memungkinkan penyerapan air oleh

tanah.

6.4.3. Metode Kimia

Metode kimia dalam konservasi tanah dan air adalah penggunaan preparat kimia baik

berupa senyawa sintetik maupun berupa bahan alami yang telah diolah, dalam jumlah yang

relatif sedikit, untuk meningkatkan stabilitas agregat tanah dan mencegah erosi. Struktur

tanah yang stabil merupakan salah satu faktor yang berpengaruh positif terhadap

pengurangan kepekaan erosi tanah dan pertumbuhan tanaman. Bahan organik tanah sangat

Fisika Tanah - 56

berperan dalam pembentukan struktur tanah yang stabil. Bahan organik tanah berperan

sebagai reservoir unsur hara, memperbaiki struktur tanah, drainase tanah, peredaran udara

tanah (aerasi), kapasitas penahan air tanah, dan merupakan sumber energi bagi

mikroorganisme.

Setelah tanah dibersihkan dari vegetasi penutupnya dan diolah untuk usaha produksi

tanaman, bahan organik tanah akan cepat sekali menurun, sehingga kepekaan erosi tanah

cepat meningkat dan produktivitas tanah dapat dengan cepat menurun. Untuk

meningkatkan kandungan bahan organik tanah tidaklah mudah. Jika kita asumsikan untuk

menghasilkan 1 kg bahan organik tanah (humus) diperlukan sekitar 10 kg sisa-sisa

tanaman segar, maka untuk meningkatkan kandungan bahan organik tanah dengan 1%

diperlukan penambahan bahan sisa-sisa tumbuhan/tanaman sebanyak 200 ton haˉˡ (berat

tanah per ha sampai kedalaman 20 cm, dengan Berat Isi sebesar 1g ccˉˡ adalah 2000 ton).

Oleh karena itu, para ilmuan tanah berupaya untuk mencari atau mendapatkan bahan yang

dapat ditambahkan ke tanah dalam jumlah yang tidak terlalu banyak namun mampu

memperbaiki struktur tanah.

Menjelang tahun 1950-an telah dikembangkan preparat-preparat kimia organik sintetik

yang digunakan untuk membentuk struktur tanah yang stabil. Preparat kimia tersebut

secara umum dinamakan soil conditioner yang di dalam Bahasa Indonesia dapat disebut

“pemantap struktur tanah”. Sebenarnya istilah soil conditioner telah lama dikenal, yang

didefenisikan sebagai material (bahan) yang ditambahkan ke tanah dengan fungsi utama

memperbaiki sifat fisik tanah (stabilitas agregat, kapasitas infiltrasi, daya olah tanah dan

drainase). Dengan defenisi tersebut maka soil conditioner dapat berupa bahan anorganik

atau bahan organik, dan dapat berupa bahan sintetik atau bahan alami.

Salah satu usaha pertama dalam penggunaan senyawa organik sintetik sebagai soil

conditioner dilakukan oleh Van Bavel (1950), yang menyimpulkan bahwa senyawa

organik sintetik tertentu dapat memperbaiki stabilitas agregat tanah terhadap air secara

efektif, akan tetapi bahan yang digunakannya masih terlalu banyak sehingga terlalu mahal

untuk diaplikasikan secara luas. Diantara beberapa macam bahan yang digunakan adalah

campuran dymetyl dichlorosilane dan metyl-trichlorosilane yang dinamainya MCS. Bahan

kimia ini berupa cairan yang mudah menguap, dan gas yang terbentuk bercampur dengan

air tanah. Senyawa yang terbentuk menyebabkan agregat tanah menjadi stabil.

Fisika Tanah - 57

Pada tahun 1952 Monsanto Chemical Company mengumumkan pembuatan soil

conditioner dengan merek dagang Krillium. Pengaruh bahan ini diteliti oleh W.P. Martin

dan G.Taylor yang hasilnya dipublikasikan dalam Soil Science terbitan Juni 1952.

Beberapa macam bahan pemantap struktur tanah pada saat ini telah dikenal. Untuk

memberikan gambaran tentang cara kerja pemantap tanah, Krillium digunakan sebagai

contoh. Senyawa ini adalah garam Natrium dari Polyacrylonitrile yang terhidrolisa.

Rumus kimia acrylonitrile adalah sebagai berikut :

H H

C C

H C

N

Melalui polimerisasi akan terbentuk senyawa berantai panjang yang dinamai

Polyacrylonitrile :

H H H H

C C C C

H C H C

N N

Melalui hidrolisis, dua molekul air ditambahkan pada seriap unit membentuk ammonium

acrylate atau garam ammonium Polyacrylonitrile yang terhidrolisis. Dengan mensubtitusi

ammonium dengan H+ akan terbentuk asam polyacrylic :

H H H H

C C C C

H C=0 H C=0

O O

H H

Dengan menggantikan ion H+ pada gugusan carboxyl dengan Na+ akan didapat garam

Natrium Polycrylonitrile. Bahan tersebut di atas, di dalam literature ilmu tanah dikenal

sebagai HPAN. Senyawa organik berantai panjang ini jika Na+ terlepas, bermuatan

negatif. Butir-butir liat akan terikat menurut salah satu atau beberapa mekanisme.

Soil conditioner mempunyai pengaruh yang besar sekali terhadap stabilitas agregat.

Pengaruhnya berjangka lama oleh karena senyawa tersebut tahan terhadap serangan

Fisika Tanah - 58

mikroba tanah. Permeabilitas tanah dipertinggi dan erosi berkurang. Bahan tersebut juga

memperbaiki pertumbuhan tanaman semusim pada tanah liat yang berat.

Popularitas soil conditioner tidak berlangsung lama tidak disebabkan oleh mahalnya harga

preparat-preparat yang dipasarkan. Penelitian untuk mendapatkan konsep yang lebih

mantap tentang soil conditioner terus dilakukan dan dalam bulan April 1972 diadakan

symposium berjudul “Fundamentals of Soil Conditing” di Universitas Ghent, Belgia.

Penelitian-penelitian terakhir tidak hanya memberikan penekanan pada pemantapan

agregat tanah seperti yang dipedomani dalam tahun 1950-an, akan tetapi, berdasarkan

konsep yang lebih luas yaitu:

a. Pemantapan agregat tanah untuk mencegah erosi dan pencemaran. Sama dengan

konsep sebelumnya.

b. Merubah sifat-sifat hidrophobik atau hidrophibik tanah, yang demikian merubah kurva

penahanan air tanah.

c. Mengurangi atau meningkatkan Kapasitas Tukar Kation (KTK) tanah, yang berarti

memperbaharui kemampuan tanah menahan unsur hara.

Selain dari pada itu, penekana terhadap prinsip pencapaian hasil ekonomis maksimum

akhir-akhir ini di Amerika Serika, telah membaharui minat terhadap soil conditioner.

Beberapa preparat kimia yang dikembangkan berdasarkan konsep tersebut diatas

dikelompokkan sebagai berikut (De Boot, Gabriels dan Van Develde, 1973):

a. Polymer tak terionisasi: Polyvinyl alcohol (PVa)

b. Polyanion :

- Polyvinyl acetate (PVa)

- Polyacrylonitrile, setengah terhidrolisis (HpPAN)

- Polyacrylic acid (PAA)

- Vinyl acetate Malic acid copolymer (VAMA)

c. Polycation : Dimethylaminoethylmetacrylate (DAEMA)

d. Dipole polymer, mempunyai gugusan positif dan negatife : Polyacrylamide (PAM)

e. Emulsi Bitume

Polymer kelompok a, b, dan c bersifat non-hidrophobik, sedangkan kelompok e bersifat

non-hidrophilik. Polymer yang dapat meningkatkan KTK adalah yang terdapat dalam

Fisika Tanah - 59

kelompok b dan e. Emulsi bitumen tergantung pada pengemulsi yang digunakan, dapat

mempunyai gugusan aktif carboxyl atau –HSO3-.

Dua contoh penggunaan soil conditioner, dikemukakan di bawah ini :

Polyacrylamide (PAM) adalah polimer non-hidrophobik mempunyai bagian aktif amide

yang mengikat bagian-bagian – OH pada butir liat melalui ikatan hydrogen sebagai

berikut:

H O

Liat OH --------- N C R Polymer

Akan tetapi, mekanisme yang terjadi mungkin juga sebagai berikut :

OH O

C NH2 + H+ C NH2H+

Kemudian mengikat bagian-bagian negative liat, atau gugus aktif berada dalam bentuk

berikut :

R

OH

C NH

Sementara yang mengikat atom-atom oksigen pada tanah liat melalui ikatan hydrogen.

PAM dicampur air dengan perbandingan volume tertentu. Emulsi yang terbentuk

disemprotkan ke permukaan tanah yang kemudian diaduk dengan cangkul atau garpu.

Pengaruh preparat ini dalam perbaikan struktur tanah dipengaruhi beberapa faktor, antara

lain (1) berat molekul polymer; berat molekul Pam sekitar 106, (2) kandungan air tanah;

kandungan air tanah yang optimum bagi pembentukan struktur tanah adalah pada titik

lengkung terbesar dalam kurva pF tanah, dan (3) konsentrasi emulsi; tanah berkadar liat

tinggi nampaknya memerlukan konsentrasi lebih kecil dari pada tanah-tanah berpasir.

Emulsi bitumen yang belum dirubah menyebabkan tanah hidrophobik, yang sangat

bermanfaat bagi pembentukan agregat tanah-tanah yang mudah mengeras dan mengurangi

penguapan air jika dicampurkan pada kedalaman 5-8 m dari permukaan tanah. Gugusan

Fisika Tanah - 60

aktif dalam keadaan ini adalah carboxyl. Untuk menjadikan tanah lebih hidrophilik maka

bagian aktif harus diganti dengan asam yang lebih keras, dengan cara sulfonasi atau

menggunakan pengemulsi mengandung asam sulfonik sehingga gugusan aktif mengandung

gugusan [HSO3]-. Emulsi bitumen dicampur dengan air dalam perbandingan tertentu

kemudian dicampurkan dengan tanah seperti telah diterangkan di atas. Pengaruh bitumen

juga sangat dipengaruhi kandungan air tanah pada saat pencampuran (De Boodt et

al.,1973).

Beberapa hasil penelitian penggunaan pemantapan struktur di Indonesia menunjukkan

hasil yang baik dalam memperbaiki sifat-sifat fisik tanah (Adi dan Kuswanda, 1982;

Herudjito, 1987).

Strategi apliksi baru yang ditujukan untuk pencegahan penyumbatan pori-pori-pori

permukaan tanah (surface sealing) dan pergerakan permukaan tanah (crusting) telah

menimbulkan minat baru terhadap preparat kimia untuk pencegahan erosi (Norton et al.,

1993dalam Zhang and Miller, 1996). Sejumlah kecil polymer, baik disemprotkan ke

permukaan tanah atau dilarutkan ke dalam air irigasi, dapat mengurangi aliran permukaan

dan erosi dengan cara mengurangi penyumbatan pori permukaan tanah dan pergerakan

permukaan tanah (Lentz et al., 1992; Levin et al., 1991). Zhang and Miller (1996) dalam

percobaan mereka pada tanah Cecil Georgia (lapisan Ap mengandung 77% pasir, 14%

debu, 9% liat dan 15 g kgˉ¹ bahan organik, dengan KTK 5,3 cmol kgˉ¹ dan ESP

(exchangeable sodium percentage) sebesar 1,9%). Tanah ini mudahmembentuk kerak

dipermukaannya. Polymer polyacrylamide (PAM) dengan merek dagang magnifloc 836A

(American Cyanamide Corp., Stamford, CT) memiliki berat molekul sebesar 15 juta g

molˉ¹. PAM tersebut didehidrasi dan dilarutka ke dalam 2,5 mol CaSO4 mˉ³ untuk

mendapatkan larutan dengan konentrasi 1 kg mˉ³. Tiga perlakuan yaitu 0,15 kg PAM haˉ¹

(PAM-15), 30 kg PAM haˉ¹(PAM-30) dengan duaualangan diberikan secara acak kepada

enam petak tanah yang masing-masing berukuran 3,5 m x 0,92 m. simulator hujan dengan

oscillating nozzeles digunakan dalam percobaan ini. Tiga simulasi hujan dilakukan dalam

jangka waktu dua minggu dengan intensitas hujan sebesar 85 mm jamˉ¹. Setiap bulan

berlangsung selama 31 menit, dan contoh aliran permukaan ditampung setiap selang waktu

3 menit. Kandungan air volumetrik diukur dengan alat TDR (time domein reflectometry)

pada 6 kedalaman (2,5; 5; 10; 14; 20; 25 cm). pengukuran kandungan air volumetric

dilakukan sebelum hujan dan setiap selang 5 menit selama hujan. Hasil penelitian Zhang

and Miller (1996) menunjukkan bahwa setelah simulasi hujan pertama laju infiltrasi tanah

Fisika Tanah - 61

yang diberi PAM secara nyata lebih itnggi dari tanpa PAM (kontrol), sedangkan laju aliran

permukaan , koefisien aliran permukaan, konsentrasi sedimen dan laju erosi tanah yang

diberi PAM lebih rendah secara nyata dari tanpa PAM (kontrol). Setelah kejadian simulasi

hujan kedua dan ketiga hasilnya mirip dengan setelah simulasi pertama kecuali bahwa

konsentrasi sedimen setelah simulasi kedua dan ketiga ini tidak berbeda nyata antara tanah

yang diberi PAM dengan kontrol. Namun rata-rata hasil penelitian ini menunjukkan

perlakuan PAM telah memperbaiki sifat-sifat fisik tanah sehingga besarnya erosi menurun

(Tabel 4.18). hasil penelitian Zhang and Miller (1996) juga menunjukkan bahwa berat isi

kerak yang terbentuk pada perlakuan PAM-15 sebesar 1,54 g cmˉ³; PAM-30 sebesar 1,55 g

cmˉ³ secara nyata lebih rendah dari berat isi kerak pada control (1,66 g cmˉ³).

Tabel 6.1 Perbandingan hasil pengamatan berbagai variable rata-rata menurut waktu hujan,

perlakuan PAM dan kejadian hujan Zhang and Miller (1996).

Kejadian

Hujan

Pelakuan

PAM

Laju

Infiltrasi

Laju

Aliran

Permukaan

Koefisien

Aliran

Permukaan

Konsentrasi

Sedimen

Laju

Erosi

------mm hˉˡ ------- mmˉˡ gLˉˡ G mˉ²

1 Kontrol

PAM (15+30

perbedaan)

38,8

83,6

*

48,6

2,8

*

0,56

0,03

*

64,6

17,3

*

52,3

0,8

*

1+2 Kontrol

PAM (15+30

perbedaan)

31,8

51,3

*

50,3

30,0

*

0,61

0.37

*

56,4

40,5

NS

47,3

20,2

*

Rata-rata Kontrol

PAM (15+30

perbedaan)

35,3

67,5

*

49,5

16,4

*

0,58

0,20

*

60,5

28,9

*

49,8

10,5

*

Keterangan: * nyata pada = 0,05; NS = tidak nyata.

6.5. Konservasi Air

Meskipun berbagai metode konservasi tanah atau cara pengendalian erosi juga

mempengaruhi rata air baik di lokasi perlakuan atau di bagian hilirnya, terdapat beberapa

metode yang khusus merupakan metode konservasi air. seperti telah dikemukakan,

konservasi air adalah penggunaan air yang jatuh ke tanah untuk pertanian seefisien

Fisika Tanah - 62

mungkin, dan pengaturan waktu aliran sehingga tidak terjadi banjir yang merusak pada

musim hujan dan cukup air pada waktu musim kemarau.

Di dalam siklus air (siklus hidrologi) sebagian dari air hujan yang smapai ke permukaan

tanah akan terus mengalir ke laut sebagai aliran permukaan. Sisanya kembali ke udara baik

melalui evaporasi dari permukaan air, dari permukaan tanah dan permukaan tumbuh-

tumbuhan, maupun melalui transpirasi. Tanah berlaku sebagai penyimpan (reservoir)

sementara air berada dalam keadaan simpanan transit di dalam tanah. Terdapat waktu

tenggang sejak air masuk ke tanah sampai mengalir masuk ke dalam sungai yang

selanjutnya kembali lagi ke udara melalui penguapan. Pada akhirnya yang tersimpan

sementara di dalam tanah akan masuk ke dalam siklus air.

Evaluasi terhadap neraca air suatu tempat menjuruskan pada kesimpulan bahwa air dapat

dimanfaatkan secara lebih efisisen dari pada sekarang. Sebagai contoh, Bertrand (1996)

menunjukkan bahwa curah huja rata-rata daerah Great Plain (Amerika Serikat) adalah 500

mm per tahun. Dari 500 mm ini sekitar 60% atau 300 mm hilang melalui evaporasi; sekitar

20% atau 100 mm digunakan tanaman; sekitar 14% atau 70 mm digunakan gulma; sekitar

5% atau 25 mm mengalir ke dalam sungai; dan 1% atau 5 mm bergerak secara perkolasi ke

bagian bawah tanah. Dari 20% atau 100 mm yang dipergunakan tanaman untuk transpirasi

hanya sekitar 5% atau 5 mm yang dipergunakan oleh tanaman untuk metabolisme, sisanya

kembali ke udara melalui tanaman dan hanya berperan untuk mendinginkan tanaman.

Berbagai penelitian menunjukkan bahwa perubahan cara pengelolaan tanah dan lahan

menyebabkan terjadinya perubahan dalam besarnya bagian air hujan yang mengalir di atas

permukaan tanah.

Penelahaan terhadap neraca air menunjukkan bahwa konservasi air dapat dilakukan

melalui cara-cara yang dapat mengendalikan evaporasi, transpirasi dan aliran permukaan.

Meskipun demikian konservasi air adalah sulit. Oleh karena ia merupakan komponen yang

dinamik dari ekosistem. Air bergerak melalui system tersebut dengan laju yang berbeda

menurut waktu dan tempat oleh pengaruh hokum pengangkutan umum yang secara

sederhana dinyatakan sebagai berikut.

Flux (laju) = koefisien transmisi x gaya dorong

Flux (laju) dinyatakan dalam jumlah air yang terangkut dalam suatu waktu tertentu melalui

suatu satuan penampang yang tegak lurus arah gerak air. gaya dorong dinyatakan sebagai

Fisika Tanah - 63

gradient negatif dari potensial air. koefesien transmisi adalah perbandingan antara flux clan

gaya dorong. Radiasi matahari memberikan energy yang menimbulkan gaya dorong untuk

menggerakkan air dalam system tanah tanaman atmosfer. Di dalam keadaan yang

mendekati ideal, sekitar 75 sampai 85 persen radiasi netto yang diserap selama siang hari

digunakan untuk menguapkan air, 5 smapai 10 persen menjadi bagian dari pertukaran

panas dengan atmosfer oleh proses konveksi, dan sekitar 5 persen untuk fotosintesa.

Koefisien transmisi bukanlah suatu konstanta, akan tetapi merupakan suatu fungsi media

pengantar dan bahan yang dilewatkan (diangkut) yaitu air.

Perubahan-perubahan besar dalam efisiensi pemakaian air (EPA) tidak akan terjadi, oleh

karena hal ini memerlukan system umpan balik yang membutuhkan perubahan menyeluruh

hubungan antara iklim dan tanah tanaman. Akan tetapi pengelola lahan dapat merubah

kecepatan proses hidrologi pada suatu areal dan oleh karenanya dapat mempengaruhi air

sampai di permukaan lahan.

Dengan demikian, maka konservasi air dapat dilakukan dengan (A) pengelolaan dua

komponen hidrologi yaitu air permukaan dan air tanah, dan (B) peningkatan efisiensi

pemakaian air irigasi.

6.5.1. Pengelolaan Air Permukaan dan Tanah Air Tanah

Pengelolaan air permukaan dan air tanah bertujuan untuk memanfaatkan kedua komponen

hidrologi tersebut secara lebih efisien.

a. Pengelolaan Air Permukaan (Surface Water Management)

Pengelolaan air permukaan yaitu air yang berada di permukaan tanah meliputi:

1) pengendalian aliran permukaan, 2) penyadapan air, 3) meningkatkan kapasitas,

4) pengolahan tanah, 5) penggunaan bahan penyumbat tanah dan penolak air, 6) melapisi

saluran air.

(1) Pengendalian Aliran Permukaan

Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa kemungkinan terbaik mengkonservasi air

adalah mengendalikan bagian curah hujan yang mengalir di atas permukaan tanah. Tidak

semua air yang mengalir di atas permukaan tanah akan sampai dan menjadi bagian dari air

yang mengalir di dalam sungai atau di dalam danau. Sebagian air tersebut hilang sewaktu

bergerak ke dalam sungai atau danau tersebut.

Fisika Tanah - 64

Telah banyak kali ditunjukkan bahwa cara paling efektif dalam memelihara keadaan

permukaan tanah dalam keadaan yang dapat menyerap air dan menahan air adalah

melindungi tanah tersebut agar tidak mudah terdispersi. Berbagai cara untuk mencapai

tujuan ini telah dikemukakan di dalam bagian terdahulu, seperti penutupan tanah dengan

mulsa, penambahan pupuk organikdan penggunaan bahan-bahan/preparat kimia.

Pengendalian air permukaan untuk memperpanjang waktu air tertahan di atas permukaan

tanah dan meningkatkan jumlah air yang masuk ke dalam tanah merupakan tujuan ahli-ahli

pertanian sejak dulu. Pengolahan tanah dan penanaman menurut garis kontur (contour

cultivation), sejak metoda konservasi yang tertua, dengan pembentukan semacam guludan

dan saluran yang searah garis kontur adalah cara yang efektif dalam memaksa air masuk ke

dalam tanah sehingga lebih banyak air yang dapat digunakan oleh tanaman. Tingkat daya

guna pengolahan tanah dan penanaman menurut kontur dalam konservasi air dan

meningkatkan produksi tanaman tergantung pada tipe tanah, intensitas, distribusi dan

jumlah curah hujan, dan panjang serta kecuraman lereng permukaan tanah. Pengolahan

tanah dan penanaman menurut kontur sangat bermanfaat di daerah agak kering yang semua

air hujannya yang kecil itu harus dapat dipergunakan oleh tanaman. Akan tetapi di daerah

beriklim basah cara ini juga bermanfaat oleh karena membantu mengalirkan air lebih

keluar lapangan dengan cara yang tidak merusak semasa curah hujan tinggi, dan menahan

air permukaan di atas tanah sewaktu curah hujan mulai berkurang.

Penenaman dalam strip yang merupakan system penanaman berselang seling antara strip

tanaman yang tumbuh rapat (umumnya rumput atau leguminosa penutup tanah) dan strip

tanaman semusim yang dibuat melintang lereng adalah tindakan konservasi yang cukup

baik. Penanaman dalam strip efektif oleh karena strip tanaman penutup tanah

memperlambat aliran permukaan, menyaring lumpur dan menyebabkan lebih banyak

waktu bagi airuntuk masuk ke dalam tanah.

Zing (dalam : Zingg and Hauser, 1959) mengembangkan suatu bentuk teras yang disebut

conservation bench terrace, yaitu suatu teras tangga atau teras bangku yang di bagian

taludnya diberi galengan seperti pada tanah sawah (Gambar 4.18). daya guna metode

konservasi air ini dapat dilihat pada Tabel 4.19. (Hauser and Cox, 1962). Pada penelitian

ini tanah ditanami dengan system pergiliran gandum – sorghum – bero. Hasil rata-rata pada

teras konservasi hampir 1,5 kali hasil pada teras berdasar lebar data dan berlereng (Tabel

6.2).

Pada percobaan lapangan di Hays, Negara bagian Kansas, Hauser dan Cox (1962)

mendapatkan bahwa teras bangku datar menghasilkan 17% lebih tinggi biji sorghum dari

pada tanah-tanah berlereng di sekitarnya. Teras bangkutersebut menahan 5% lebih bany

air dari tanah-tanah berlereng disekitarnya setiap tahun.

(2) Penyadapan atau pemanenan air (water harvesting)

Suatu bidang penelitian konservasi air yang perlu dikembangkan adalah mengenai konsep

water harvesting yang dalam bahasa Indonesia berarti

lebih mendekati kalau digunakan istilah penyadapan air. konsep ini didasarkan atas asumsi

bahwa suatu bagian lahan tertentu lebih berharga untuk diberi air dari pada bagian lainnya.

Gambar 6.1 Pengaruh Teras Datar memperlihatkan Air yang Tersimpan Oleh Tanah dalam Musim Panas 1957 di Bushland,

Tabel 6.2 Produksi Rata-rata dari Tahun 1957di Bushland, Texas (Hauser and Cox, 1962).

Perlakuan

1. Terras Konservasi Zingg

2. Terras berdasar lebar dan datar

3. Terras berdasar lebar berlereng

Produksi rata-rata (cwt/100 acre)

Secara potensial nilai metoda ini adalah kenyataan bahwa curah hujan setinggi 25 mm

menghasilkan 25 liter air untuk setiap satu m² lahan. Jika air hujan tersebut dibiarkan jatuh

dan masuk ke dalam tanah secara merata, mungkin sedikit sekali pengaruhnya ter

kandungan air tanah. Akan tetapi jika air tersebut dikumpulkan dan diberi kepada bidang

Fisika Tanah



tanah berlereng di sekitarnya. Teras bangkutersebut menahan 5% lebih bany

tanah berlereng disekitarnya setiap tahun.

atau pemanenan air (water harvesting)


yang dalam bahasa Indonesia berarti pemanenan air, akan tetapi mungkin



Pengaruh Teras Datar Konvensional dan Teras Bangku Konservasi Zingg memperlihatkan Air yang Tersimpan Oleh Tanah dalam Musim Panas 1957 di Bushland,

Texas (Hauser and Cox, 1962)

rata dari Tahun 1957-1960. Tanah dengan Beberapa Macam Teras Texas (Hauser and Cox, 1962).

Gandum Biji Sorghum Jumlah

Terras Konservasi Zingg 204 1284 1488

Terras berdasar lebar dan datar 309 709 1018

Terras berdasar lebar berlereng 311 664 975

rata (cwt/100 acre)



dan masuk ke dalam tanah secara merata, mungkin sedikit sekali pengaruhnya ter


Fisika Tanah - 65



tanah berlereng di sekitarnya. Teras bangkutersebut menahan 5% lebih banyak


pemanenan air, akan tetapi mungkin



Konvensional dan Teras Bangku Konservasi Zingg memperlihatkan Air yang Tersimpan Oleh Tanah dalam Musim Panas 1957 di Bushland,

1960. Tanah dengan Beberapa Macam Teras

Jumlah

1488

1018

975



dan masuk ke dalam tanah secara merata, mungkin sedikit sekali pengaruhnya terhadap


Fisika Tanah - 66

tanah tertentu saja maka akan lebih banyak air yang dapat disediakan bagi pertumbuhan

tanaman. Caranya adalah dengan menutupi suatu bagian permukaan tanah dengan bahan

yang tidak tembus air atau dengan memberikan bahan kimia yang menolak air kepada

tanah tersebut, sehingga air tidak masuk ke dalam tanah akan tetapi mengalir atau dialirkan

ke bagian tanah lainnya yang ditanami dengan tanaman tertentu. Bahan-bahan yang pernah

dicoba adalah emulsi anion atau kation aspal, lembar aluminium pembungkus, karet buthyl

dan plastik polyethylene. Perlakuan yang paling memberikan harapan adalah perlakuan

emulsi aspal anion, penutupan permukaaan tanah dengan aluminium pembungkus, karet

buthyl, dan lembar plastik. Setelah dua tahun perlakuan, 100% air hujan dapat disadap.

Metoda penyadapan air lainnya yang berhasil dalam konservasi air peningkatan produksi,

dilaporkan oleh Kemper (1964). Caranya adalah dengan menanam dua baris jagung atau

sorghum di dalam strip selebar kurang lebih 60 cm, dengan jaraj antara strip selebar kurang

lebih 300 cm. tanah antara strip yang lebarnya 300 cm itu dijadikan guludan kemudian

dipadatkan dan ditutupi dengan lapisan plastik sehingga air yang jatuh di atas guludan

tersebut akan mengalir dan masuk ke dalam tanah yang bertanaman jagung atau sorghum

tersebut. Jika strip tanaman dan guludan dibuat menurut garis kontur makka secara praktis

aliran permukaan dapat dihilangkan dan semua air akan masuk ke dalam tempat tanaman

berada.

Dengan pembuatan galengan menurut kontur dan menutupi galengan yang memisahkan

barisan tanaman jagung selebar 75 100 cm dengan lapisan plastik hitam, Willis (1962) dan

Willis et al.,(1963) menyadap air dan mempergunakannya untuk meningkatkan produksi

jagung dari 25 bushel menjadi 50 bushel per acre di Manden, North Dakota , Amerika

Serikat. Daya guna system ini bersistem pada (1) penggunaan curah hujan yang rendah

tersebut secara efisien, (2) menggunakan air tanah yang bertambah di dalam barisan

tanaman jagung secara lebih baik, dan (3) meningkatkan suhu tanah yang merangsang

perkecambahan dan pertumbuhan jagung.

(3) Meningkatkan Kapasitas Infiltrasi Tanah

Kapasitas infiltrasi tanah dapat ditingkatkan dengan memperbaiki struktur tanah. Secara

umum, cara yang paling efektif dalam meningkatkan kapasitas infiltrasi atau menjaga

kapasitas infiltrasi yang tinggi adalah memberikan penutupan terhadap tanah dengan

tanaman penutup tanah atau mulsa, atau dengan memberikan bahan organik.

Fisika Tanah - 67

(4) Pengolahan Tanah

Cara pengolahan tanah mempengaruhi besarnya aliran permukaan dan infiltrasi. Beberapa

cara pengolahan tanah untuk menciptakan dan memelihara struktur tanah yang baik dalam

konservasi air adalah pengolahan tanah minimum, olah-tanam, wheel track planting, lister

planting,dan strip tillage.

Pengolahan tanah minimum merupakan cara konservasi air yang efektif disebabkan tidak

hanya oleh karena berkurangnya pemadatan tanah oleh mesin/alat pengolahan tanah, akan

tetapi juga oleh permukaan tanah yang kasar yang dapat menahan sejumlah air pada

depresi-depresi kecil pada permukaan tanah yang tidak diolah tersebut. Pada permukaan

demikian ini kemungkinan infiltrasi air lebih besar. Kapasitas simpan potensial pada

depresi-depresi mikro disebut simpanan depresi. Larson (1964) melaporkan bahwa pada

lereng kurang dari 2 persen, alur-alur yang dihasilkan oleh pengolahan dengan contour

listing mempunyai simpanan depresi sebesar 75 mm, pengolahan minimum menurut garis

kontur menyimpan sekitar 50 sampai 75 mm air, dan tanah yang permukaannya rata

sebagai hasil pengolahan tanah konvensional hanya menyimpan 12,5 mm sampai 25 mm

air. Daya guna pengolahan tanah minimum dalam pengendalian aliran permukaan dan

erosi terlihat pada hasil penelitian Meyer dan Mannering (1963) seperti tertera pada tabel

6.3

Penelitian Allmaras, Burwell, dan Voorhees (1964) di Minnesota dan Myhre (1963, dalam

Bertrand, 1966) di Mississipi menunjukkan bahwa permukaan tanah yang kasar

mengurangi aliran permukaan dan meningkatkan infiltrasi, yang memperbesar persediaan

air dalam tanah untuk tanaman.

Tabel 6.3 Pengaruh Cara Pengolahan Tanah Terhadap Erosi Segera Setelah Pengolahan pada Tanah Lempung Berdebu Russel.

Cara Pengolahan Tanah

Banyak air diberikan (mm)

Aliran permukaan (mm) Erosi ton/ha

konvensional 130 74,25 37,4

minimum 130 46,50 19,3

(5) Penggunaan Bahan Penyumbat Tanah dan Penolak Air (Soil sealantas and water

repellents).

Pengendalian evaporasi dan kehilangan rembesan dari waduk dan saluran air merupakan

cara yang perlu dijajaki dalam konservasi air. USDA (1962 di dalam Bertrand,1966)

Fisika Tanah - 68

melaporkan bahwa bahan kimiayang menyebabkan deflokulasi tanah seperti natrium

hexamephosphat, telah diketahui berhasil dalam mengurangirembesan berbagai reservoir.

Penelitian di Laboratorium USDA Soil Conservation Service, Temple, Arizona, meliputi

penyemprotan reservoir yang sedang kering dengan senyawa-senyawa seperti aspal

dan/atau pelapisan dengan bahan pelapis seperti film plastik. Menurut Myers (1963 di

dalam Bertrand,1966) pada pelapisan dengan lapisan plastik perlu dibuatkan pagar untuk

menghindarkan kerusakan oleh ternak. Aspal bergugus aktif kation secara efektif

mengurangi rembesan jika satu galon aspal disemprotkan untuk setiap yard tanah atau

dituangkan ke dalam reservoir berair dimana lapisan emulsi aspal tersebut kemudian

membentuk lapisan yang menutupi permukaan tanah.

(6) Melapisi Saluran-saluran Air.

Dari berbagai bahan pelapis yang telah dipelajari, lembaran buthyl, film plastik, dan

prefabricated pelapis aspal merupakan pelapis yang paling baik. Lauritzen (1961)

melaporkan bahwa pengurangan seratus persen kehilangan air dengan pelapisan jarang

dapat dicapai.

b. Pengelolaan Air Tanah (Soil Water Management)

Pengelolaan air tanah, yaitu air yang berada di dalam tanah (air di dalam pori-pori tanah

dan air bebas), dilakukan dengan perbaikan drainase, pengendalian perkolasi dalam dan air

bawah permukaan tanah (interflow) dan perubahan struktur lapisan bawah tanah.

(1) Drainase

Perbaikan drainase meningkatkan efesiensi penggunaan air oleh tanaman, oleh karena

hilangnya air lebih akan memungkinkan akar tanaman berkembang lebih luas ke bagian

lebih bawah profil tanah dari pada hanya terbatas dilapisan atas yang dangkal yang akan

cepat kering jika permukaan air tanah turun.

Di daerah beriklim kering, perbaikan drainase meningkatkan efesiensi pemakaian airoleh

tanaman disebabkan berkurangnya akumulasi garam di permukaan tanah. Permukaan air

dalam tanah harus lebih dalam tempatnya di daerah beriklim kering dari pada di daerah

beriklim basah disebabkan faktor salinitas. Tanpa pengendalian salinitas akan sulit terjadi

pertumbuhan tanaman yang baik dan efesiensi penggunaan air akan sangat rendah.

Perbaikan drainas dapat dilakukan dengan fasilitas drainase permukaan, fasilitas drainase

dalam atau kombinasi keduanya.

Fisika Tanah - 69

(2) Pengendalian Perkolasi Dalam dan Aliran Bawah Permukaan (Interflow)

Jika kita memenuhi tanah dengan air maka air akan lebih bergerak ke bawah keluar dari

daerah perakaran dan tanah akan mencapai suatu keadaan kandungan air yang disebut

Kapasitas Lapang. Banyaknya air yang ditahan dilapisan atau di daerah perakaran

bervariasi tergantung pada sifat-sifat fisik tanah dan jauhnya kedudukan permukaan air

bawah tanah dari daerah perakaran. Pada tanah yang dalam dan seragam dengan

kedudukan permukaan air yang jauh (dalam) dari daerah perakaran, keadaan kapasitas

lapang sangat cepat tercapai dan kandungan air tanah daerah perakaran itu ditentukan

potensial kapiler tanah. Proses perkolasi normal di dalam tanah dapat dirubah oleh adanya

lapisan kedap air atau adanya peralihan tiba-tiba porositas lapisan tanah di bagian bawah.

Perubahan demikian ini dapat mengurangi perkolasi sehingga lebih banyak air dapat

dipergunakan tanaman.

Untuk mencegah aliran bawah permukaan (interflow) pada tanah-tanah yang tidak seragam

dan berlereng dapat dilakukan dengan menempatkan /menanamkan secara vertikal dan

menurut garis kontur lapisan penahan air dapat dipergunakan tanaman.

(3) Perubahan Struktur Lapisan Bawah

Jika suatu lapisan kedap air terdapat di suatu tempat dalam profil tanah, akar tanaman akan

terbatas pada lapisan di atas lapisan kedap tersebut dan simpanan air tanah tersebut akan

terbatas juga. Usaha-usaha untuk memecahkan lapisan kedap air secara mekanik telah

menemui berbagai tingkat keberhasilan. Smith (1951) bekerja pada lapisan liat kedap (clay

pan) di Missouri, menggunakan alat pemecah (subsoiler) sampai kedalaman 40 cm,

menunjukkan bahwa cara ini berhasil mengurangi jumlah aliran permukaan. Kohnke dan

Bertrand (1956) di Indiana melaporkan pemecahan lapisan kedap air pada kedalaman 45

cm meningkatkan jumlah air yang masuk ke dalam tanah dan ketersediaan air daerah

perakaran selama satu tahun. Kemudian pengaruh tersebut hilang.

Spain dan McCuen (1956) dengan berhasil menciptakan alatpenghembus bahan organikke

dalam jalur lubang tanah yang telah dibuat oleh subsoiler chisel. Bahan organik tersebut

memenuhi lubang tadi dari permukaan tanah sampai kedalaman 45 50 cm. Swartzendruber

(1960) dari hasil evaluasinya berkesimpulan bahwa lubang bahan organik vertikaltersebut

meningkatkan masuknya air jika permeabilitas horizontal tanah melampaui permeabilitas

vertikal. Jika lapisan permukaan tanah tersebut pada mulanya kedap air, maka pengaruh

bahan organik tersebut lebih besar.

Fisika Tanah - 70

6.5.2. Meningkatkan Efisiensi Pemakaian Air Tanaman

Efesiensi pemakaian atau penggunaan air (EPA) dinyatakan dalam banyaknya hasil yang

didapat persatuan air yang digunakan, yang dapat dinyatakan dalam kilogram bahan kering

meter kubik air. Secara umum dapat dinyatakan dalam hubungan sebagai berikut :

EPA = Hasil / Jumlah air yang dipakai

Pemakaian air dapat dihitung pada beberapa tingkat yaitu pada petak sawah atau petak

usahatani, pada pintu tersier, pintu sekunder atau pada pintu primer. Pada tingkat petak

sawah atau petak usahatani komponen pemakaian air adalah

A1 = U + S + P + L1

Dimana A1 adalah jumlah pemakaian air petak sawah atau petak usahatani, U adalah

eapotranspirasi, S adalah banyaknya air yang ditahan di dalam dan di atas permukaan tanah

(untuk sawah), P adalah perkolasi, dan L1 adalh air yang keluar dari petak berupa

kebocoran-kebocoran galengan sawah dan mengalir di permukaan.

Pada tingkat tersier komponen pemakaian air adalah :

A2 = A1 + L2

Dengan A2 adalah jumlah pemakaian air yang diukur pada pintu tersier, A1 adalah

pemakaian air pada petak sawah atau petak usahatani, dan L2 adalah kehilangan air di

dalam saluran irigasi tersier (perkolasi, rembesan, dan penguapan).

Pada tingkat sekunder komponen pemakaian air adalah :

A3 = A2 + L3

Dimana A3 adalah pemakaian air yang diukur pada pintu sekunder, A2 +adalah jimlah

pemakaian air tersier, dan L3 adalah kehilangan air dalam saluran irigasi sekunder

(perkolasi, rembesan, dan penguapan).

Pada tingkat primer komponen pemakaian air adalah :

A4 = A3 + L4

Fisika Tanah - 71

Dengan A4 adalah pemakaian air yang diukur pada pintu primer, A3 adalah jumlah

pemakaian air tingkat sekunder dan L4 adalah kehilangan air selama dalam saluran primer.

Untuk meningkatkan efesiensi pemakaian air, harus ditelaah komponen-komponen

pemakaian air yang dapat dipengaruhi. Komponen pertama dalam pemakaian air adalah

evapotranspirasi (U atau ET). Jika hasil tanaman (jumlah produksi per satuan luas)

meningkat secara linier dengan evapotranspirasi maka tidak ada kesempatan untuk

meningkatkan efesiensi pemakaian air konsumtif (U atau ET). Untuk menunjukkan bahwa

efesiensi pemakaian aie (EPA) bervariasi dan dapat dirubah, secara ringkas disajikan

gambaran tentang pengaruh pupuk terhadap hasil tanaman, ET dan EPA dalam enam

kemungkinan kondisi tumbuhan atau tanaman, dengan asumsi air cukup tersedia (gambar

6.2). nilai EPA konstan jika tanaman ditumbuhkan di dalam pot-pot yang diletakkan

berjauhan dan permukaannya ditutup sehingga tidak ada evaporasi seperti terlihat pada

model A gambar 6.2. model B adalah data yang didapat dari lysimeter atau pot yang tidak

cukup terlindung dari panas pantulan (advected heat). Model C adalah untuk padi sawah.

Model D berlaku untuk tanaman umumnya dilapangan yang ar dan tajuknya cukup, yang

memungkinkan ET mencapai nilai potensialsehubungan dengan energi yang tersedia.

Model E berlakuuntuk tanaman nenas yang stomatanya tertutup pada siang hari. Model F

berlaku untuk keadaan jika air tersedia meningkat, akan meningkatkan ET akan tetapi

secara relatif kurang pengaruhnya terhadap hasil. Dari EPA, ET dan hasil seperti

digambarkan di atas, maka untuk meningkatkan EPA usaha yang paling mudah adalah

meningkatakan hasil tanaman (produksi per satuan luas) dengan menggunakan varietas

yang lebih unggul dan penggunaan sarana produsi seperti pupuk dan pestisida secara lebih

baik. Pada tanah-tanah bukan sawah (tanah darat) EPA dapat juga ditingkatkan dengan

mengurangi faktor evaporasi (E) dari ET dengan menutuppermukaan tanah dengan mulsa.

Komponen kedua dalam pemakaian air, yang dapat diperbaiki untuk meningkatkan

efesiensi pemakaian air, adalah jumlah air yang ditahan atau diberikan dalam sepetak

sawah atau petak usahatani (peubah S). Untuk tanah sawah peningkatan EPA dapat

dilakukan dengan mengurangi tinggi genangan. Telah diperlihatkan dalam bagian-bagian

sebelumnya bahwa hasil padi tidak dipengaruhi oleh tinggi genangan air di sawah atau

dalam beberapa kasus genangan rendah memberikan hasil lebih baik. Dengan mengurangi

tinggi genangan maka EPA akan meningkat. Air lebih dari pengurangan tinggi genangan

suatu areal dapat digunakan untuk mengairi areal lain sehingga luas areal yang dapat

ditanami akan bertambah. Pada tanah-tanah bukan sawah nilai S dapat dipengaruhi dengan

meningkatkan kapasitas penahan air tanah agar lebih banyak air yang tersedia bagi

tanaman.

Gambar 6.2 Enam Model Hubungan antaTanaman (Y), dan Efesiensi Pemakaian Air (Y/ET).

Data yang Didapat Di Lapangan dimana Hasil yang Dicapai Tergantung pada Jumlah Air

Komponen P atau rembesan air keluar daerah perakaran pada tanah yang dijadikan sawah

akan berkurang dengan terbentuknya lapisan tapak bajak yang kedap air. Pada tanah

pasir perkolasi dapat dikurangi dengan pemasangan lapisan plastik. Pada tanah bukan

sawah besaran P tidak boleh diperkecil oleh karena akan memperburuk drainase tanah.

Komponen L1 dapat dikurangi dengan mengurangi kebocoran

mengurangi atau menghilangkan air yang mengalir keluardengan pemberian air secara

terputus (intermittent). Komponen L2, L3, dan L4 secara teoritis dapat dikurangi dengan

pelapisan dengan bahan kedap air atau pemberian bahan penolak air pada saluran, akan

tetapi secara ekonomis mungkin tidak layak. Namun demikian dalam hal saluran yang

dibuat pada tanah timbunan pelapisan dengan semen misalnya harus dilakukan.

Secara keseluruhan efisiensi penggunaan air irigasi dapat ditingkatkan melalui

1. Mengurangi tinggi penggenangan

2. Mengurangi kebocoran-kebocora

Fisika Tanah


Enam Model Hubungan antara Evapotranspirasi (ET) dengan Hasil Panen Tanaman (Y), dan Efesiensi Pemakaian Air (Y/ET). Model E dan F juga berlaku

Data yang Didapat Di Lapangan dimana Hasil yang Dicapai Tergantung pada Jumlah Air yang Tersedia (Viets,1962)

rembesan air keluar daerah perakaran pada tanah yang dijadikan sawah

akan berkurang dengan terbentuknya lapisan tapak bajak yang kedap air. Pada tanah


tidak boleh diperkecil oleh karena akan memperburuk drainase tanah.

Komponen L1 dapat dikurangi dengan mengurangi kebocoran-kebocoran galengan dan


omponen L2, L3, dan L4 secara teoritis dapat dikurangi dengan



pelapisan dengan semen misalnya harus dilakukan.

keseluruhan efisiensi penggunaan air irigasi dapat ditingkatkan melalui

engurangi tinggi penggenangan atau banyak air yang diberikan,

kebocoran saluran irigasi dan galengan,

Fisika Tanah - 72


ra Evapotranspirasi (ET) dengan Hasil Panen Model E dan F juga berlaku untuk

Data yang Didapat Di Lapangan dimana Hasil yang Dicapai Tergantung pada Jumlah Air

rembesan air keluar daerah perakaran pada tanah yang dijadikan sawah

akan berkurang dengan terbentuknya lapisan tapak bajak yang kedap air. Pada tanah-tanah


tidak boleh diperkecil oleh karena akan memperburuk drainase tanah.

kebocoran galengan dan


omponen L2, L3, dan L4 secara teoritis dapat dikurangi dengan



pelapisan dengan semen misalnya harus dilakukan.

keseluruhan efisiensi penggunaan air irigasi dapat ditingkatkan melalui :

Fisika Tanah - 73

3. Peningkatan produktivitas melalui penggunaan bibit unggul dan sarana produksi yang

lebih baik,

4. Penggiliran pemberian air,

a. pergiliran berdasarkan saluran sekunder,

b. berdasarkan saluran tersier, atau

c. berdasarkan petak sawah.

Pergiliran (penggolongan) (a) dan (b) adalah yang lebih mudah dilakukan disbanding

dengan cara (c).

5. Pemberian air secara terputus (intermittent).

Penelitian mengenai efisiensi pemakaian air cukup banyak dilakukan. Beberapa hasil

penelitian tersebut disajikan pada Tabel 6.4. Pemakaian air dengan pemberian air pada

keadaan macak-macak (tinggi air sekitar 0 cm) lebih efisien dari pada pemberian air

dengan penggenangan 5 cm. pengolahan dangkal lebih efisien dalam pemberian air dari

pada pengolahan dalam. Pelumpuran lebih efisien dari pengemburan.

Tabel 6.4 Pengaruh Tinggi Penggenangan dan Waktu Pemberian Air terhadap Efesiensi Pemakaian Air Padi Sawah dan Kedelai di Sukamandi (Balitbang Deptan, 1987).

Pemberian Air Jumlah Air yang digunkan (m³haˉˡ)

Frekuensi pemberian

Air

Hasil gabah (t haˉˡ)

Efisiensi Pemakaian Air

(kg mˉ³air)Padi Sawah Musim Kemarau 1981 dan 1981

-pengenangan 5 cm-macak-macak

18.3005.888

--

5,425,61

0,300,95

Tanaman Kedelai Musim Kemarau 1981

- 100 – 110% K.L.- 78 – 100% K.L.- 70 – 100% K.L.

3.4162.5621.312

4148

1,091,101,11

0,320,430,85

Catatan : K.L. Kapasitas Lapang

6.6. Kualitas Air

Kualitas air menyatakan tingkat kesesuaian air untuk dipergunakan bagi pemenuhan

tertentu bagi kehidupan manusia, seperti untuk mengairi tanaman, minuman ternaknya dan

kebutuhan manusia langsung seperti untuk minum, mandi, mencuci dan sebagainya.

Kualitas air ditentukan oleh kandungan sedimen tersuspensi dan bahan kimia yang terlarut

di dalam air tersebut.

Fisika Tanah - 74

Tabel 6.5 Pengaruh Tinggi genangan air dan cara pengolahan tanah terhadap efisiensi pemakaian air padi sawah di Cihea, Ciancur, Jawa Barat (Abdullah Abas id.dan Abdurrachman,1985).

Perlakuan Pemakaian Air (mm)

Hasil Gabah (ton/ha)

Efisiensi Penajakan Air

Tinggi genangan

-penggenangan 5 cm

-Macak-macak

Pengolahan Tanah

-Dangkal, dilumpurkan

-Dangkal, digemburkan

-Dalam, dilumpurkan

-Dalam, digemburkan

2077,7

1194,8

1605,7

1575,7

1724,3

1638,4

1830,0

588,8

1105,2

1149,8

1186,7

1395,9

4,09

4,08

4,27

4,10

3,92

4,05

5,42

5,61

5,42

5,42

5,67

5,56

1,97

3,42

2,66

2,60

2,27

2,47

2,96

9,53

4,90

4,71

4,78

3,98

Catatan : a = Rata-rata Musim Hujan 1980/1981b = Rata-rata Musim Kemarau 1980/1981Pengolahan Dangkal = 20 cmPengolahan Dalam = 40 cmDilumpurkan = kadar air sampai jenuhDigemburkan = kadar air sekitar kapasitas lapangTanah Glei Humus Rendah (Vertic Tropaquept), pada ketinggian 263 m d.p.l.

Pengaruh sedimen yang tersuspensi ditentukan oleh sifat sedimen itu sendiri dan keaadaan

tanah tempat sedimen terendapkan.sedimen yang berasal dari daerah yang subur akan

mempersubur dan memperbaiki tekstur tanah berpasir tempatnya mengendap. Akan tetapi

sedimen yang berasal dari daerah miskin dan mengalami erosi yang parah akan

memiskinkan tanah yang diendapinya, dan akan meninggikan permukaan tanah serta dapat

mengurangi permeabilitas tanah.selain dari pada itu kandungan sedimen yang tinggi akan

mempercepat pendangkalan saluran-saluran irigasi yang menyebabkan meningkatnya

biaya pemeliharaan. Air yang berasal dari air bawah tanah tidak mengandung sedimen

yang dapat memberikan dampak negatif. Air yang berasal dari reservoir biasa juga kurang

mengandung sedimen.

Bahan-bahan kimia yang terkandung di dalam air mempengaruhi kesesuaian air bagi

pemenuhan banyak keperluan manusia. Sifat air irigasi yang terpenting yang

mempengaruhi kesesuaiannya untuk irigasi adalah :

1. konsentrasi total garam terlarut,

a b a b a b

2. perbandingan Natrium terhadap kation lainnya,

3. konsentrasi unsur-unsur secara potensial yang merupakan racun bagi tanaman,

4. konsentrasi bikarbonat sehubungan dengan konsentrasi Kalsium dan Magnesium

(USDA, 1954).

Jumlah garam terlarut biasanya di tentukan dengan dayah hantar

yang dinyatakan dalam millimhos (mmhos) per cm. hubungan antar konduktivitas dengan

kandungan garam larut yang dinyatakan dalam parts per million (ppm) tertera pada gambar

6.4. perbandingan antara kandungan natrium dengan katio

air, dinyatakan dengan nisba jerapan natrium (

SAR, dihitung dengan persamaan :

SAR = ˖

˖˖ ˖˖/

denagn Na++, Ca++ dan Mg++ adalah konsentrasi kation tersebut di dalam air dinyatakan

dalam miliekivalen perliter

konduktivitas dan SAR dinyatakan pada gambar

bagi tanaman untuk tumbuh dengan normal, pada keadaan tertentu dengan konsentrasi 1/3

ppm dapat merupakan racun bagi tanaman. Kepekaan beberapa jenis tanaman terhadap

Boron dalam air irigasi disajikan pada tabel

dalam air dapat menyebabkan terendapnya Ca dan Mg dalam bentuk CaCO3 dan MgCO3,

yang mengakibatkan meningkatnya SAR air.

Gambar 6.3 Hubungan antara konsentrasi garam terlarut dalam air irigasi

Fisika Tanah

ium terhadap kation lainnya,

unsur secara potensial yang merupakan racun bagi tanaman,

konsentrasi bikarbonat sehubungan dengan konsentrasi Kalsium dan Magnesium

Jumlah garam terlarut biasanya di tentukan dengan dayah hantar listrik (konduktivitas) air



. perbandingan antara kandungan natrium dengan kation lainnya atau bahaya natrium

air, dinyatakan dengan nisba jerapan natrium (sodium adsorp ratio) yang disingkat dengan

SAR, dihitung dengan persamaan :

Na++, Ca++ dan Mg++ adalah konsentrasi kation tersebut di dalam air dinyatakan

air. kesesuaian air irigasi bagi tanaman berdasarkan

konduktivitas dan SAR dinyatakan pada gambar 6.3 dan 4.23. Baron, meskipun esensial

n untuk tumbuh dengan normal, pada keadaan tertentu dengan konsentrasi 1/3


Boron dalam air irigasi disajikan pada tabel 4.24. kandungan bikarbonat yang tinggi di

at menyebabkan terendapnya Ca dan Mg dalam bentuk CaCO3 dan MgCO3,

yang mengakibatkan meningkatnya SAR air.

Hubungan antara konsentrasi garam terlarut dalam air irigasi konduktivitasair ( USDA,1954)

Fisika Tanah - 75

unsur secara potensial yang merupakan racun bagi tanaman,

konsentrasi bikarbonat sehubungan dengan konsentrasi Kalsium dan Magnesium

listrik (konduktivitas) air



n lainnya atau bahaya natrium

) yang disingkat dengan

Na++, Ca++ dan Mg++ adalah konsentrasi kation tersebut di dalam air dinyatakan

air. kesesuaian air irigasi bagi tanaman berdasarkan

. Baron, meskipun esensial

n untuk tumbuh dengan normal, pada keadaan tertentu dengan konsentrasi 1/3


. kandungan bikarbonat yang tinggi di

at menyebabkan terendapnya Ca dan Mg dalam bentuk CaCO3 dan MgCO3,

Hubungan antara konsentrasi garam terlarut dalam air irigasi

Gambar 6.4 Klarifikasi air irigasi

Tabel 6.6 Kesesuaian Air untuk Irigasi

Kelas Salinitas/konduktivitas

Rendah 1

Air-Rendah Salinitas (Cl) dapat dipergunakan untuk mengairi semua tanaman pada hampir semua tanah dengan kemungkinan kecil sekali akan terjadi salinitas yang membahayakan tanaman, proses pencucian diperlukan, akan tetapi hal ini biasanya terjadi dengan pelaksanaan irigasi secara normal, kecuali jika permeabilitas tanah luar biasa rendahnya.

Sedang 2

Air-sedang salinitas (C2) dapat digunakan untuk irigasi jika terjadi cukup pencucian. Tanaman yang tahan garam dapat ditanam tanpa tindakan. Khusus pengendalian salinitas.

Fisika Tanah

Klarifikasi air irigasi berdasarkan bahaya Natrium dan konduktivitas air (USDA,1954)

Kesesuaian Air untuk Irigasi

Salinitas/konduktivitas SAR(*)

Rendah Salinitas (Cl) dapat dipergunakan untuk mengairi semua tanaman pada hampir semua tanah

kemungkinan kecil sekali akan terjadi salinitas yang membahayakan tanaman, proses pencucian diperlukan, akan tetapi hal ini biasanya terjadi dengan pelaksanaan irigasi secara normal, kecuali jika permeabilitas tanah luar biasa rendahnya.

Air-Rendah Natrium (Sl) dapat digunakan mengairihampir semua tanah dengan kemungkinan yang kecil untuk terkumpulnya Na dapat ditukar pada tingkat yang membahayakan.

sedang salinitas (C2) dapat digunakan untuk irigasi jika terjadi cukup pencucian. Tanaman yang agak tahan garam dapat ditanam tanpa tindakan. Khusus pengendalian

Air-sedang Natrium (S2) akan menyebabkan bahaya natrium yang agak besar pada tanah bertekstur halus dengan KTK yang tinggi, terutama pada keadaan pencucian yang rendah, kecuali jika terdapat gipsum di dalam tanah. Air ini dapat digunakan pada tanah bertekstur kasar dan tanah organik yang permeabilitasnya baik.

Fisika Tanah - 76

berdasarkan bahaya Natrium dan konduktivitas air

(Sl) dapat digunakan mengairihampir semua tanah dengan kemungkinan yang kecil untuk terkumpulnya Na dapat ditukar pada tingkat yang

sedang Natrium (S2) akan menyebabkan bahaya natrium yang agak besar pada tanah bertekstur halus dengan KTK yang tinggi, terutama pada keadaan pencucian

ika terdapat gipsum di dalam tanah. Air ini dapat digunakan pada tanah bertekstur kasar

Fisika Tanah - 77

Kelas Salinitas/konduktivitas SAR(*)

Tinggi 3

Air-Tinggi salinitas (C3) tidak dapat digunakan pada tanah yang drainasenya buruk. Meskipun cukup drainase, pengelolaan khusus untuk mengendalikan salinitas diperlukan, dan tanaman yang digunakan harus mempunyai ketahanan yang baik terhadap garam.

Air-Tinggi Natrium (S3) dapat menimbulkan tingkat kandungan natrium yang berbahaya pada tanah umumnya dan memerlukan pengelolaan tanah khusus; drainase baik, pencucian tinggi dan penambahan bahan organik. Perlakuan dengan bahan kimia untuk mengganti Na dapat ditukar dapat dilakukan jika salinitas air tidak terlalu tinggi.

Sangat Tinggi

4

Air-Sangat Tinggi (C4) tidak sesuai untuk irigasi dalam keadaan biasa, akan tetapi dapat digunakan kadang kala dalam lingkungan yang khusus. Tanah harus permeabel, drainase harus cukup, dan tanaman yang ditanam harus sangat tahan terhadap garam.

Air-Sangat Tinggi Natrium (S4) umumnya tidak memuaskan untuk irigasi kecuali pada air-rendah, dan mungkinjuga pada air sedang salinitas, dimana larutan kalsium dari tanah atau dengan menggunakan gipsum atau cara perbaikan lainnya yang menyebabkan air ini layak digunakan.

1. (*) Kadang-kadang air irigasi melarutkancukup banyak kalsium dari tanah berkapur (calcerious) yang dapat mengurangi bahaya Natrium. Hal ini harus diperhitungkan dalam penggunaan air C1-S3 dan C1-S4. Untuk tanah berkapur dengan pH tinggi atau tanah tidak berkapur, maka status Natrium air kelas C1 S3, C1-S4 dan C2 S4 dapat dierbaiki dengan penambahan gipsum pada air. Demikian juga mungkin bermanfaat menambahkan gipsum kepada tanah secara berkala jika air C2 S3 dan C3 S2 digunakan.

2. Dalam penggunaannya lihat juga Gambar Klarifikasi air.

Tabel 6.7 Kepekaan Beberapa Jenis Tanaman terhadap Boron dalam Air Irigasi (USSL, 1954).

Peka (1 ppm B) Agak peka (2 ppm b) Tahan (toleran) (4 ppm b)

Navy bean

PearApelAnggurPersimmonAvokadGrapefruitJeruk sitrun

Bunga matahariKentangKapasTomatSweet peaLobakField peaJelai (jawawut)GandumJagungSorghumCabaiUbi jalarLima bean

AsparagusTanaman kormaBit GulaAlfalfaBroad beanBawangTurnipKubis (kol)Sladawortel

Fisika Tanah - 78

6.7. Penutup


1. Mencari gambar dari literatur lain tentang kerusakan tanah.

2. Menguraikan mekanisme konservasi tanah dan air berdasarkan literatur dan

pengalaman anda (yang pernah dilihat)

3. Jelaskan cara mengetahui mutu air dan cara menjaganya agar tetap dapat difungsikan

sebagaimana mestinya.

4. Mencari dari literatur tentang gambar penanggulangan atau konservasi tanah dan air.

6.8. Bacaan

1. Sitanala Arsyad, 2010, “Konservasi Tanah dan Air”, IPB Press, Bogor.


3. Inon Beydha, 2002, “Konservasi Tanah dan Air di Indonesia Kenyatan dan Harapan”,

Fisip UNSU, Medan.

Fisika Tanah - 79

BAB 7 PENGANTAR GETEKNIK

7.1. Pendahuluan


arti dan klasifikasi mekanika tanah serta peruntukannya. Untuk mencapai kompetensi ini

digunakan metode pembelajaran SCL yang diawali dengan ceramah, diskusi (Interaktif),

kemudian dilengkapi dengan tugas kajian pustaka.

7.2. Definisi

Geoteknik adalah suatu bagian dari cabang ilmu Teknik sipil, yang membahas mengenai

permasalahan kekuatan tanah dan hubungannya dengan kemampuan menahan beban

bangunan yang berdiri di atasnya. Pada dasarnya geoteknik adalah ilmu tua yang seiring

dengan tingkat peradaban manusia, mulai pembangunan piramid di mesir hingga

pembangunan gedung pencakar langit di beberapa Negara.

Geoteknik berkaitan dengan koordinasi multidisiplin dari:

a. Mekanika: respon massa tergadap gaya (konsep mekanika batuan)

b. Sifat bahan: sifat fisis

c. Aliran fluida: prinsip-prinsip mekanika fluida

d. Pengaruh lingkungan: cuaca, curah hujan, gravitasi, dan kimiawi

e. Tanah dan batu: plastisitas tanah dan batu

Prinsip-prinsip geoteknik dapat diurai sebagai berikut:

1. Sifat-sifat material + struktur massa tanah = Sifat massa tanah

2. Sifat massa tanah + lingkungan sekitar = Situasi geologi teknik

3. Prilaku yang ditampakkan oleh tanah =

4. Material : batuan, tanah, dan fluida

5. Sifat material : sifat geoteknik dari material

6. Struktur massa tanah : struktur geologis maretial lahan (lapisan, lipatan, patahan, dll)

7. Sifat massa tanah : sifat-sifat geoteknik volume tanah yang dipengaruhi oleh beban

(kadang diketahui dari penelitian lapangan)

8. Lingkungan sekitar : iklim, fluida, tegangan, waktu, dan peristiwa alam.

9. Tindakan geologis : galian, bangunan, bendungan, terowongan, jalan, eksploitasi air

dan tambang, dsb

Fisika Tanah - 80

Secara keilmuan, bidang geoteknik mempelajari lebih mendalam tentang ilmu:

• Mekanika tanah dan batuan

• Teknik pondasi

• Stuktur bawah tanah

7.3. Mekanika Tanah

Mekanika Tanah adalah bagian dari Geoteknik yang merupakan salah satu cabang dari

ilmu Teknik Sipil, dalam Bahasa Inggris mekanika tanah berarti soil mechanics atau soil

engineering dan Bodenmechanik dalam Bahasa Jerman. Istilah mekanika tanah diberikan

oleh Karl von Terzaghi pada tahun 1925 melalui bukunya “Erdbaumechanik auf

bodenphysikalicher Grundlage” (Mekanika Tanah berdasar pada Sifat-Sifat Dasar Fisik

Tanah), yang membahas prinsip-prinsip dasar dari ilmu mekanika tanah modern, dan

menjadi dasar studi-studi lanjutan ilmu ini, sehingga Terzaghi disebut sebagai “Bapak

Mekanika Tanah”.

Mekanika (Bahasa Latin mechanicus, dari Bahasa Yunani mechanikos, "seseorang yang

ahli di bidang mesin") adalah jenis ilmu khusus yang mempelajari fungsi dan pelaksanaan

mesin, alat atau benda yang seperti mesin. Mekanika (Mechanics) juga berarti ilmu

pengetahuan yang mempelajari gerakan suatu benda serta efek gaya dalam gerakan itu.

Sejarah terjadinya tanah, pada mulanya bumi berupa bola magma cair yang sangat panas. Karena

pendinginan, permukaannya membeku maka terjadi batuan beku. Karena proses fisika (panas, ding

in, membeku dan mencair) batuan tersebut hancur menjadi butiran-butiran tanah (sifat-sifatnya tetap

seperti batu aslinya : pasir, kerikil, dan lanau). Oleh proses kimia (hidrasi, oksidasi) batuan menjadi

lapuk sehingga menjadi tanah dengan sifat berubah dari batu aslinya.

Disini dikenal Transported Soil: adalah tanah yang lokasinya pindah dari tempat terjadinya yang

disebabkan oleh Miran air, angin, dan es dan Residual Soil adalah tanah yang tidak pindah dari tempat

terjadinya. Oleh proses alam, proses perubahan dapat bermacam-macam dan berulang. Batu

menjadi tanah karena pelapukan dan penghancuran, dan tanah bisa menjadi batu karena proses

pemadatan, sementasi. Batu bisa menjadi batu jenis lain karena panas, tekanan, dan larutan.

Kita jumpai di sekeliling kita berbagai macam batuan. Dilihat dari sifat fisiknya mereka

sangat beragam, baik warna, kekerasan, kekompakan, maupun material pembentuknya.

Untuk membedakannya, dibuatlah pengelompokan. Pengelompokan yang paling

sederhana adalah berdasarkan kejadiannya atau cara terbentuknya, atau genesanya

menjadi tiga kelompok utama:

Fisika Tanah - 81

1) Batuan beku, terbentuk dari magma yang mendingin dan membeku (misalnya: granit,

basalt).

2) Batuan sedimen, merupakan batuan yang terbentuk dari sedimen yang diendapkan

dan telah mengalami proses geologi menjadi batuan sedimen (misalnya: gamping,

batu pasir).

3) Batuan metamorfosa atau batuan malihan; Batuan, jika mengalami tekanan dan atau

suhu yang tinggi akan berubah menjadi batuan metamorfosa, atau batuan malihan

(misalnya marmer, serpih).

Tanah terdiri atas butir-butir diantaranya berupa ruang pori. Ruang pori dapat terisi udara dan

atau air. Tanah juga dapat mengandung bahan-bahan organik sisa atau pelapukan tumbuhan atau

hewan. Tanah semacam ini disebut tanah organik.

a. Perbedaan Batu dan Tanah

Batu merupakan kumpulan butir butirmineral alam yang saling terikat erat dan kuat.

Sehingga sukaruntuk dilepaskan. Sedangkan tanah merupakan kumpulan butir butir min al alam

yang tidak melekat atau melekat tidak erat, sehingga sangat mudah untuk dipisahl4n. Sedangkan

Cadas adalah merupakan peralihan antara batu dan tanah.

b. Jenis-Jenis Tanah

Fraksi-fraksi tanah (Jenis tanah berdasarkan ukuran butir)

(1). kerikil (gravel) > 2.00 mm

(2). pasir (sand) 2.00 —0.06 mm

(3). lanau (silt) 0.06 —0.002 mm

(4). lempung (clay) < 0.002 mm

Pengelompokan jenis tanah dalam praktek berdasarkan campuran butir

a. Tanah berbutir kasar adalah tanah yang sebagian besar butir-butir tanahnya berupa pasir dan

kerikil.

b. Tanah berbutir halus adalah tanah yang sebagian besar butir-butir tanahnya berupa lempung

dan lanau.

c. Tanah organik adalah tanah yang cukup banyak mengandung bahan-bahan organik.

Pengelompokan tanah berdasarkan sifat lekatannya

1. Tanah Kohesif : adalah tanah yang mempunyai sifat lekatan antara butir-butirnya. (tanah lempungan =

mengandung lempung cukup banyak).

Fisika Tanah - 82

2. Tanah Non Kohesif : adalah tanah yang tidak mempunyai atau sedikit sekali lekatan antara

butir-butirnya. (hampir tidak mengandung lempung misal pasir).

3. Tanah Organik : adalah tanah yang sifatnya sangat dipengaruhi oleh bahan-bahan organik.

(sifat tidak baik).

7.4. Penutup


1. Menguraikan bidang ilmu yang berkaitan dengan geoteknik di atas pada kertas A4

yang diketik dengan spasi 1.5.

2. Mencari referensi lain tentang bagian-bagian mekanika tanah dikumpul pada dosen

pengampu dalam bentuk softcopy dan hardcopy.

7.5. Daftar Bacaan

1. Joseph E. Bowles, Johan K Hainim, 1984, “Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknik Tanah”,

Erlangga, Jakarta.

2. Budi Santoso, Heri Suprapti, dan Suryadi HS, 2005, Seri Diktat Kuliah: “Dasar-Dasar

Mekanika Tanah”, Gunadarma, Jakarta.

Fisika Tanah - 83

BAB 8 TEGANGAN EFEKTIF DAN KUAT GESER TANAH

8.1. Pendahuluan


menjelaskan definisi dan prinsip-prinsip tegangan efektif tanah; dan Mampu menjelaskan

definisi dan prinsip-prinsip kuat geser tanah. Untuk mencapai kompetensi ini digunakan

metode pembelajaran SCL dengan cara presentasi dan diskusi, kemudian dilengkapi

dengan makalah dan power point yang diperoleh dari referensi selain bahan ajar ini.

Khusus bab ini disajikan dalam 2 kali pertemuan.

8.2. Definisi

Berat tanah yang terendam air disebut berat tanah efektif, sedangkan tegangan yang terjadi

akibat berat tanah efektif di dalam tanah disebut tegangan efektif. Kuat geser tanah

adalah kemampuan tanah melawan tegangan geser yang terjadi pada saat ini. Keruntuhan

geser tanah terjadi bukan karena disebabkan hancurnya butir – butir tanah tersebut, tetapi

karena adanya gerak relative antara butir – butir tanah tersebut.

8.3. Konsep Tegangan Total dan Efektif

Secara umum elemen tanah mempunyai tiga fase, yaitu butiran padat, air dan udara.

Pemahaman mengenai komposisi tanah diperlukan untuk mengambil keputusan dalam

memperoleh parameter tanah. Berdasarkan ketiga fase tersebut, diperoleh hubungan

volume-berat seperti terlihat pada Gambar 8.1.

Gambar 8.1. Hubungan antar fase tanah

Hubungan volume yang umum digunakan untuk suatu elemen tanah adalah angka pori

(void ratio), porositas (porosity), derajat kejenuhan (degree of saturation), sedangkan

Fisika Tanah - 84

untuk hubungan berat digunakan istilah kadar air (water content), dan berat volume (unit

weight). Hubungan-hubungan tersebut dapat dikembangkan sehingga dapat diketahui

parameter yang digunakan dalam perhitungan desain. (Tabel 8.1)

Tabel 8.1 Korelasi antar berbagai jenis parameter tanah

Fisika Tanah - 85

8.3.1. Konsep Tegangan Total

Pada suatu massa tanah, tegangan total pada suatu titik dihitung dari berat volume

keseluruhan dari elemen tanah yang berada di atasnya. Jika suatu massa tanah tersebut

diketahui terdapat air tanah, maka tegangan total dihitung dengan memasukkan pengaruh

berat volume tanah jenuh air dan berat volume air.

Fisika Tanah - 86

Gambar 8.2. Potongan Melintang Tanah (Mekanika Tanah, Braja M. Das, Jilid 1, 1985)

Gambar 8.2. menunjukkan titik A pada suatu massa tanah dalam potongan melintang. H

adalah besarnya kedalaman muka air tanah dihitung dari partikel tanah sedangkan Ha

merupakan kedalaman titik A dihitung dari muka air tanah. Secara matematis, besarnya

tegangan total (s) adalah:

Dengan w = berat volume air dan γsat = berat volume tanah jenuh air.

Analisis tegangan total digunakan untuk menganalisis stabilitas jangka pendek (short term)

atau akhir konstruksi, dalam penggunaan praktis disebut juga kondisi undrained. Kondisi

ini terjadi pada saat penambahan beban luar melebihi kecepatan terdisipasinya air pori.

Pada tanah lempung proses terdisipasinya tekanan air pori relatif lebih lambat

dibandingkan dengan tanah pasir, oleh karena itu analisis kondisi undrained umumnya

digunakan untuk tanah lempung.

Faktor keamanan dalam kondisi kritis (minimal) terletak di akhir konstruksi pada saat nilai

u maksimal. Seiring berjalannya waktu, tekanan air pori akan tereduksi sehingga

menyebabkan kuat geser tanah dan faktor keamanan meningkat. Berdasarkan ilustrasi

tersebut, maka analisis tegangan total digunakan pada saat lereng dalam kodisi kritis

(faktor keamanan minimal).

Fisika Tanah - 87

Parameter yang digunakan pada analisis tegangan total adalah cu dan fu. Parameter-

parameter tersebut disebut dengan parameter total. Kekuatan tanah lempung jenuh

dinyatakan dengan

Dengan Su = undrained shear strength, cu = undrained cohesion, fu = undrained friction

angle.

Undrained strength (cu) untuk lempung normally consolidated dapat ditentukan melalui

persamaan berikut:

Dengan ’0 = tegangan efektif overburden dan Ip = indeks plastisitas.

Untuk lempung overconsolidated, undrained strength (cu) ditentukan melalui persamaan:

Dengan OCR = overconsolidation ratio

Gambar 8.3. Tes yang dilakukan untuk stabilitas jangka pendek (Slope Stability and Stabilization Method, Thomas S Lee, 1996)

Berdasarkan Gambar 8.3., parameter-parameter tanah selain diperoleh melalui tes triaxial

UU dapat juga melalui tes triaxial CU dan tes unconfined compression dan umumnya

digunakan untuk analisis stabilitas timbunan maupun pondasi.

Fisika Tanah - 88

8.3.2. Konsep Tegangan Efektif

Titik A pada Gambar 2.2. terletak dalam sebuah tanah jenuh air, berdasarkan kondisi

tersebut di titik A terdapat gaya hidrostatis akibat pengaruh muka air tanah. Tekanan

hidrostatis tersebut disebut tekanan air pori (u). Tegangan efektif menunjukkan hubungan

tegangan total pada suatu massa tenuh jenuh air yang dipengaruhi tekanan air pori. Secara

matematis tegangan efektif (’) dapat dinyatakan:

’ = - u

Dengan memasukkan pengaruh kedalaman dan berat volume air dan tanah maka

persamaan tersebut dapat dikembangkan menjadi:

(HA – H) merupakan tinggi tanah , sedangkan (γsat – γw) merupakan berat volume tanah

efektif (γ’).

Analisis tegangan efektif digunakan untuk menganalisis stabilitas jangka panjang (long

term) atau disebut juga dengan kondisi drained. Pada tanah pasir, proses terdisipasinya air

pori terjadi lebih cepat, oleh karena itu analisis kondisi drained umumnya digunakan untuk

analisis stabilitas pada tanah pasir.

Parameter yang digunakan pada analisis tegangan efektif adalah c’ dan f’. Parameter-

parameter tersebut disebut dengan parameter efektif. Analisis pada kondisi long term

menggunakan metode tegangan efektif, parameternya ditentukan dengan test triaxial

drained atau tes direct shear, bisa juga menggunakan CU test dengan memperhitungkan

tegangan air pori atau menggunakan ring shear test.

Fisika Tanah - 89

Gambar 8.4 Tes yang dilakukan untuk stabilitas jangka panjang (Slope Stability and Stabilization Method, Thomas S Lee, 1996)

Selain menggunakan tes berdasarkan Gambar 8.4, tekanan air pori juga dapat ditentukan

melaui flow nets maupun analisis seepage lainnya. Umumnya analisis drained dengan

mengguanakan parameter efektif digunakan pada stabilitas galian dan lereng alami.

Namun tidak semua kondisi stabilitas harus dianalisis dengan menggunakan parameter-

parameter yang sudah ditentukan seperti yang telah dibahas sebelumnya, karena kondisi

tanah dan lapangan menentukan juga analisis yang akan digunakan. Untuk lebih jelasnya

dapat dilihat pada Tabel 8.2.

Tabel 8.2. Analisis stabilitas berdasarkan kondisi tanah dan lapangan (Slope Stability and Stabilization Method, Thomas S Lee, 1996)

8.4. Kuat Geser Tanah

Kekuatan geser yang dimiliki oleh

Pada tanah berbutir halus misalnya lempung kekuatan geser yang dimiliki tanah

disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butir

Pada tanah berbutir kasar , kekuatan geser disebabkan karena adanya geseka

antara butir – butir tanah sehingga sering disebut sudut gesek dalam

Pada tanah yang merupakan campuran antara tanah halus dan tanah kasar,

kekuatan geser disebabkab karena adanya lekatan dan gesekan antara butir

tanah.

Kuat geser tanah dinyatakan dalam rumus :

= + s′ tanj′

Gambar 8.7. Hubungan antara tegangan total, tegangan efektif, dan tekanan air pori

Fisika Tanah

Kekuatan geser yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan oleh :


disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butir – butir tanah

Pada tanah berbutir kasar , kekuatan geser disebabkan karena adanya geseka

butir tanah sehingga sering disebut sudut gesek dalam


kekuatan geser disebabkab karena adanya lekatan dan gesekan antara butir

akan dalam rumus :


Gambar 8.5. Gambaran Kekuatan geser tanah

Fisika Tanah - 90


butir tanah

Pada tanah berbutir kasar , kekuatan geser disebabkan karena adanya gesekan


kekuatan geser disebabkab karena adanya lekatan dan gesekan antara butir – butir


Gambar 8.5. Gambaran Kekuatan geser tanah

8.4.1. Cara Pengujian untuk Menentukan Kuat geser

Pengujian kuat geser dimaksudkan untuk mencari parameter

diperlukan dalam menentukan kuat geser. Percobaan untuk menentukan kuat geser dibagi

menjadi :

1. Drained Test

Sampel tanah diberi tegangan normal dan selama percobaan air dialirkan. Tegangan geser

diberikan dengan air tetap terbuka dan tegangan pori dijaga supaya t

2. Undrained Test

Pada percobaan ini tekanan air pori tidak diukur dan selama percobaan air tdak

diperbolehkan mengalir. Hanya kekuatan geser undrained yang dapat ditentukan.

3. Consolidted Undrained Test

Sampel tanah diberikan tegangan normal sampai k

mengalir dari sampel. Konsolidasi dianggap selesai jika sudah tidak ada perubahan pada isi

sampel. Setelah itu jalan air ditutup dan sampel diberi tegangan geser sejauh secara

undrained. Tegangan normal tetap bekerj

8.4.2. Percobaan Kuat Geser

1. Percobaan Geser Langsung

Gambar 8.8. Sketsa percobaan kuat geser langsung

Sampel tanah berupa contoh tanah bertampang lingkaran dan di taruh di dalam alat berupa

dua buah cincin kemudian diatasnya diberi

tanah digeser dengan gaya T yang besarnya berangsur

pecah tergeser (T1). Gaya T1 pada saat tanah pecah dicacat.

Fisika Tanah

Cara Pengujian untuk Menentukan Kuat geser

Pengujian kuat geser dimaksudkan untuk mencari parameter – parameter dari tanah yang

kan dalam menentukan kuat geser. Percobaan untuk menentukan kuat geser dibagi


diberikan dengan air tetap terbuka dan tegangan pori dijaga supaya tetap nol.



Consolidted Undrained Test

Sampel tanah diberikan tegangan normal sampai konsolidasi selesai dan air diperbolehkan



undrained. Tegangan normal tetap bekerja dan tegangan pori diukur.

Percobaan Geser Langsung

Gambar 8.8. Sketsa percobaan kuat geser langsung


dua buah cincin kemudian diatasnya diberi benan normalyang besarnya tetap. Sampel

tanah digeser dengan gaya T yang besarnya berangsur-angsur dinaikkan sampai tanah

pecah tergeser (T1). Gaya T1 pada saat tanah pecah dicacat.

Fisika Tanah - 91

parameter dari tanah yang

kan dalam menentukan kuat geser. Percobaan untuk menentukan kuat geser dibagi




onsolidasi selesai dan air diperbolehkan




benan normalyang besarnya tetap. Sampel

angsur dinaikkan sampai tanah

Percobaan dilakukan dengan tiga sampel tanah dilakukan percobaan seperti

sudut geser dalam dan kohesi dicari secara grafis berdasarkan h

2. Uji Tekan Bebas

Pengujian tekan bebas dilakukan jika sampel tanah bebas berupa tanah kohesif. Benda uji

berbentuk silinder dimana tingginya minimal dua kali di

angsur sampai tanah pecah, maka :

=

Gambar 8.9. Sketsa Uji Tekan Bebas

Jika pengujian dilakukan terhadap tanah yang sangat lunak, tanah tidak akan pecah tetapi

cuma akan menggelembung.

Fisika Tanah

Percobaan dilakukan dengan tiga sampel tanah dilakukan percobaan seperti

sudut geser dalam dan kohesi dicari secara grafis berdasarkan hukum Coulomb :


berbentuk silinder dimana tingginya minimal dua kali diameternya. Beban Qu berangsur

angsur sampai tanah pecah, maka :

Gambar 8.9. Sketsa Uji Tekan Bebas


Fisika Tanah - 92

di atas. Nilai

kum Coulomb :


ameternya. Beban Qu berangsur –


3. Uji Triaksial

Pada pengujian ini sampel tanah di letakkan di atas dasar sel dan di bagian atas ditutup.

Sampel tanah ditutup dengan membrane yang diameternya sama dengan sampel. Sel diisi

dengan air dan tekanan air dinaikkan sampai nilai yang dimaksudkan. Tegangan sel

dibiarkan bekerja sampai jangka waktu tertentu. Pengukuran kuat geser dilakukan dengan

memberikan tekanan vertical pada sampel. Pembacaan dapat dilakukan pada proving ring

pada tegangan tertentu. Dari pembacaan dapat diketahui tekanan maksimum yang terjadi

saat terjadi saat keruntuhan.

Gambar 8.10. Sketsa posisi sampel saat uji triaksial

Sampel tanah berbentuk silinder dengan tinggi minimal dua kali diameter. Sampel tanah

dibungkus dengan karet tipis sehingga air tidak dapat keluar, kemudian dimasukkan ke

dalam silinder yang diberi air dan tekanan, sehingga air akan masuk ke segala arah. Dari

atas, sampel tanah ditekan dengan beban P yang berangsur

Maka:

1 dan 3 akan memecahkan tanah. Untuk mencari c dan

total dalam hal ini kran A ditutup, sehingga air dalam tanah tidak keluar. (

beban P baru diberikan setelah

tanah berkonsolidasi (unconsolidated

Fisika Tanah

pengujian ini sampel tanah di letakkan di atas dasar sel dan di bagian atas ditutup.



kan bekerja sampai jangka waktu tertentu. Pengukuran kuat geser dilakukan dengan



Gambar 8.10. Sketsa posisi sampel saat uji triaksial



m silinder yang diberi air dan tekanan, sehingga air akan masuk ke segala arah. Dari

n dengan beban P yang berangsur-angsur dinaikkan.

3 akan memecahkan tanah. Untuk mencari c dan semu berdasarkan tekanan

total dalam hal ini kran A ditutup, sehingga air dalam tanah tidak keluar. (

beban P baru diberikan setelah 3 bekerja, sehingga tidak memberikan kesempatan pada

unconsolidated).

Fisika Tanah - 93

pengujian ini sampel tanah di letakkan di atas dasar sel dan di bagian atas ditutup.



kan bekerja sampai jangka waktu tertentu. Pengukuran kuat geser dilakukan dengan





m silinder yang diberi air dan tekanan, sehingga air akan masuk ke segala arah. Dari

semu berdasarkan tekanan

total dalam hal ini kran A ditutup, sehingga air dalam tanah tidak keluar. (undrained)

3 bekerja, sehingga tidak memberikan kesempatan pada

Fisika Tanah - 94

Untuk tanah lempung dapat dilakukan dengan consolidated undrained dan membaca

tekanan air pori. Consolidated artinya 3 diberikan twtapi dibiarkan beberapa waktu baru

kran B dibuka, dengan demikian 3 bekerja sehingga tanah berkonsolidasi sehingga air

pada buret naik (konsolidasi selesai). Selanjutnya karan B ditutup dan P dinaikkan.

Perubahan tekanan uap pori dapat dibaca pada manometer (U). denhan kombinasi 1, 3,dan U dapat dicari ′ .

Pada pelaksanaan pengujian dilaksanakan minimal tiga kali dari sampel yang berbeda. Dari

setiap sampel akan didapatkan 1, 3. Dari data – data tersebut kemudian digambarkan

lingkarannya dan ditarik garis singgung antara lingkaran – lingkaran tersebut. Garis

singgung akan memotong sumbu S, maka nilai pada perpotongan tersebut adalah kohesi

(c’). Nilai dalah sudut yang dibentuk antara garis singgung dan sudut mendatar.

Gambar. 8.11. Kondisi pengujian triaksial dengan Lingkaran Mohr (diameter 3-1)

8.5. Penutup


1. Menguraikan mekanisme dalam penentuan tegangan efektif dan kuat geser tanah.

2. Mencari referensi lain tentang contoh pengukuran tegangan efektif dan kuat geser

bahan.

Fisika Tanah - 95

8.6. Daftar Bacaan


Erlangga, Jakarta.

2. Dandung Sri Harninto, 2010, “Studi Prilaku Bahan”, FT UI, Jakarta.


Fisika Tanah - 96

BAB 9 DAYA DUKUNG DAN KONSOLIDASI TANAH

9.1. Pendahuluan


menguraikan teori daya dukung tanah disertai dengan contoh; dan Mampu menjelaskan

definisi dan prinsip konsolidasi tanah serta peruntukannya. Untuk mencapai kompetensi ini



ini. Khusus bab ini disajikan dalam 2 kali pertemuan.

9.2. Definisi

Sebelum mendirikan bangunan perlu diadakan peninjauan terhadap tanah sebagai berikut:

- Daya dukung tanah mencukupi

- Penurunan akibat konsolidasi tidak membahayakan bangunan, baik penurunan

maksimum maupun penurunan deferensial.

Pada dasarnya daya dukung adalah kemampuan tanah memikul tekanan atau tekanan

maksimum yang diijinkan bekerja pada tanah pondasi ( kN/m2).

Konsolidasi adalah peristiwa mampatnya tanah karena menderita tambahan efektif.

Konsolidasi Tanah adalah salah satu kegiatan penataan tanah baik berupa bentuk, letak dan

aksesibilitas. Indahnya kegiatan ini adalah pemilik tanah tidak harus pindah ke tempat lain

karena masih memiliki tanah di lokasi tersebut.

9.3. Daya Dukung Tanah

9.3.1. Kondisi Tanah

Daya dukung batas (Ultimate Bearing Capacity) adalah daya kemampuan pada batas

runtuh ult. Daya dukung tanah yang diijinkan = ada faktor aman di mana:

SF = 3 untuk beban normal

SF = 2 untuk beban darurat

Misalnya:

Sebuah kolom memikul beban sebesar P kN, menggunakan pondasi langsung (pondasi

telapak) dengan ukuran B x L m2. Luas pondasi A = B x L m

2. Tekanan yang timbul pada

tanah sebesar: = P/A = P/(B.L) kN/m2. Jika diketahui P = 90 kN dan daya dukung tanah

= 15 kN/m2. Berapakah ukuran pondasi yang dijinkan. Luas pondasi yang diperlukan :

Fisika Tanah - 97

A = P/ = 90/15 = 6 m2

Dapat digunakan pondasi bujur sangkar

B = √ = 2,449

Maka bisa digunakan B = 2,45 m atau bentuk segiempat dengan B = 2 m, dan L = 3 m.

Gambar 9.1. Tekanan pada tanah dan pengarunya

Besarnya ditentukan dan dibatasi oleh :

- Aman terhadap runtuhnya tanah

- Aman terhadap penurunan akibat konsolidasi tanah

1. Penurunan total tidak terlalu besar

2. Penurunan sangat tidak merata

Yang mempunyai pengaruh terhadap daya dukung tanah ultimate suatu tanah adalah :

- Nilai parameter tanah ( )

- Kedalaman pondasi (Df)

- Ukuran dan bentuk pondasi

- Sifat tanah terhadap penurunan

- Kedalaman muka air tanah

Berdasarkan lunak dan kerasnya tanah atau padat kurang padatnya tanah terdapat dua

kondisi sifat penurunan jika diberi beban berangsur naik.

Mula-mula dengan beban kecil penurunan kecil, setelah mencapai ultimate, terus cepat

turun (Kondisi General Shear). Hal ini terjadi pada tanah yang cukup keras (padat). Tidak

Fisika Tanah - 98

jelas batas ultimate, dan penurunan relatis besar (Kondisi Local Shear). Ini terjadi pada

tanah lunak atau kurang padat.

Gambar.9.2. Pengaruh penurunan tanah terhadap tekanan

9.3.2. Teori Terzaghi (Mengenai Daya Dukung Tanah)

Dimisalkan pondasi laju dengan lebar B, yang dalamnya Df dan memikul beban Q kN/m2

(lihat gambar). Pada tanah dasar bekerja tekanan s = Q/B kN/m2. Jika Q atau ̅ terlalu

besar, pondasi akan turun, jika tercapai ultimate tanah akan runtuh dan menggeser ke

samping.

Gambar 9.3. Tekanan pada tanah akan menyebabkan keruntuhan dan menimbulkan

tekanan aktif dan pasif sehingga tanah menggeser ke samping

Pada gambar diatas disederhanakan dan dianggap sebagai berikut :

- Bidang longsoran dianggap garis lurus

- Yang mendorong tekanan aktif, yang melawan tekanan pasif.

Fisika Tanah - 99

- Muka tanah dianggap sebagai satu bidang dengan dasar pondasi, berat tanah setebal Df

dianggap beban terbagi rata q = Df kN/m2

Asumsi Terzhagi dalam menganalisis daya dukung :

Pondasi memanjang tak terhingga

Tanah di dasar pondasi dianggap homogen

Berat tanah di atas pondasi dapat diganti dengan beban terbagi rata sebesar q = D x γ,

dengan D adalah kedalaman dasar pondasi, γ adalah berat volume tanah di atas dasar

pondasi.

Tahanan geser tanah di atas dasar pondasi diabaikan

Dasar pondasi kasar

Bidang keruntuhan terdiri dari lengkung spiral logaritmis dan linier

Baji tanah yang terbentuk di dasar pondasi dalam keadaan elastis dan bergerak

bersama-sama dengan dasar pondasinya.

Pertemuan antara sisi baji dengan dasar pondasi membentuk sudut sebesar sudut gesek

dalam tanah φ.

Berlaku prinsip superposisi

Dianggap tekanan aktif dan tekanan pasif pada bidang vertical fiktif KM sebagai berikut.

KM = H = B tg (45 - /2) = B

Gambar 9.4. Tekanan aktif dan pasif yang disebabkan tekanan normal

Pada kedalaman ultimate sama dengan kondisi seimbang yang terakhir sebelum runtuh

( = ult).

Untuk lebar meter

KacHKaHgKagHEa 22

21

KpcHKaHqKagHEa 22

21

Fisika Tanah - 100

Pada keadaan ini :

maka didapat :

(√ √ )

dengan H = B

√ √

√ (1)

Dan dapat ditulis sebagai berikut

(Rumus Terzaghi) (2)

Oleh Terzaghi digunakan rumus dengan bentuk persamaan (2) tetapi nilainya tidak sama

persis seperti persamaan (1), diadakan koreksi mengingat:

Bidang longsor buang garis lurus

Diperhitungkan terhadap 3 macam bentuk pondasi

- Persegi (square),

- Bulat (round),

- Lajur (continous)

Dibedakan keadaan

- Kondisi general shear

- Kondisi local shear

General Shear

1. Continous footing

2. Square footing

3. Round footing

Fisika Tanah - 101

Local Shear

1. Continuos footing

2. Square footing

3. Round footing

Di mana:

: daya dukung ultimate

c : kohesi tanah

q = γ.Df : tekanan overburden pada dasar pondasi

γ : berat volume tanah

Df : kedalaman pondasi

B : lebar/diameter pondasi

L : panjang pondasi

Nc, Nq, Nγ : faktor daya dukung pondasi

Rumus-rumus di atas disederhanakan menjadi 2 persamaan sebagai berikut:

General Shear

Local Shear

dan adalah faktor bentuk pondasi dengan:

Lajur (c)

Persegi (s)

Bulat (r)

1,0

1,3

1,3

0,5

0,4

0,3

9.3.3. Pondasi

Pondasi merupakan bagian yang paling penting dari sistem rekayasa konstruksi yang

bertumpu pada tanah. Suatu konstruksi bangunan bagian paling bawah yang berhubungan

langsung dengan tanah atau batuan.

Fungsi dari suatu pondasi:

menahan/mendukung bangunan diatasnya

Fisika Tanah - 102

meneruskan beban yang ditopang oleh pondasi dan beratnya sendiri kedalam tanah dan

batuan yang terletak dibawahnya.

Jenis-jenis Pondasi

Untuk memilih pondasi yang memadai, perlu memperhatikan apakah pondasi itu cocok

untuk berbagai keadaan di lapangan serta dapat diselesaikan secara ekonomis sesuai jadwal

kerja, maka perlu pertimbangan:

a. Keadaan tanah pondasi

b. Batasan akibat kostruksi diatasnya

c. Batasan dari sekelilingnya

d. Waktu dan biaya pengerjaan

Klasifikasi Pondasi

1. Pondasi dangkal

Pondasi yang kedalamannya dekat dengan permukaan tanah. Pondasi yang mendukung

beban secara langsung. Contohnya, pondasi telapak, pondasi memanjang.

Syarat: D/B < 1

2. Pondasi dalam

Pondasi yang kedalamannya cukup jauh dari permukaan tanah. Pondasi yang meneruskan

beban bangunan ke tanah keras/batu yang relatif lebih jauh dari permukaan. Contohnya

pondasi tiang, pondasi sumuran.

Syarat: D/B > 4

D : kedalaman pondasi

B : lebar pondasi

Berdasarkan bentuknya pondasi dapat dibedakan menjadi

1. Pondasi Memanjang

Pondasi yang digunakan untuk mendukung dinding memanjang atau mendukung sederetan

kolom yang berjarak dekat.

Fisika Tanah - 103

Gambar 9.5. Pemasangan pondasi memanjang (kiri) dan skema pondasi memanjang (kanan)

2. Pondasi Telapak (Pondasi Langsung)

Pondasi yang berdiri sendiri dalam mendukung kolom. Tanah pendukung pondasi terletak

pada permukaan tanah atau 2 - 3 meter dibawah tanah.

Gambar 9.6. Skema pondasi telapak

3. Pondasi Rakit

Pondasi yang digunakan untuk mendukung bangunan yang terletak pada tanah lunak atau

digunakan apabila susunan kolom jaraknya sedemikian dekat di semua arahnya.

4. Pondasi Sumuran

Pondasi yang digunakan apabila tanah dasar yang kuat terletak pada kedalaman yang

relatif dalam. Bentuk peralihan antara pondasi dangkal dan tiang.

Fisika Tanah - 104

Gambar 9.7. Skema pondasi sumuran

5. Pondasi Tiang

Bila tanah pondasi pada kedalaman normal tidak mampu mendukung beban, sedangkan

tanah keras terletak pada kedalaman yang sangat dalam. Bila pondasi terletak pada tanah

timbunan yang cukup tinggi dipengaruhi settlement.

Gambar 9.8. Contoh pondasi tiang

6. Pondasi Tiang Pancang

Bila tanah pendukung pondasi terletak pada kedalaman sekitar 20 meter dibawah

permukaan tanah. Agar tidak terjadi penurunan digunakan tiang pancang, tetapi bila

terdapat batu besar pada lapisan antara, maka pemakaian caisson lebih menguntungkan.

7. Pondasi Caisson, Tiang Baja, Tiang Beton

Bila tanah pendukung pondasi terletak pada kedalaman + 30 m dibawah permukaan tanah.

Bila kedalaman lebih dari 40 m dipakai tiang baja atau tiang beton yang di cor ditempat.

9.4. Konsolidasi

Setiap konsolidasi tanah terkait ke minimal 2 (dua) aspek. Yang pertama adalah perubahan

fisik tanahnya baik bentuk, letak dan luasnya dan yang kedua adalah aspek legalnya

dimana tanda bukti hak atau sertifikat tanah yang ada pun harus diupdate sehingga

mencerminkan fisik tanah yang baru.

Fisika Tanah - 105

Pada peristiwa konsolidasi ada dua hal penting :

1. Besarnya penurunan yang akan terjadi, yang ditentukan :

Kompresibitas tanah

Tebal tanah kompresibel

Besarnya tambahan tekanan efektif

2. Laju konsolidasi, dipengaruhi oleh :

Permeabilitas tanah

Tebal tanah kompresibel

Kondisi drainase di atas dan di bawah lapisan tanah kompresibel

Untuk bisa mampat, air yang ada didalam pori tanah harus dikeluarkan. Kecepatan

pemampatan dipengaruhi oleh proses keluarnya air dari dalam pori tanah dan sifat

kompresibilitas tanah.

Pasir adalah tanah yang sangat permeable dan tanah yang tidak kompresibel, sehingga

proses penurunan terjadi sangat cepat dan penurunannya kecil. Lempung yang kenyang air

adalah tanah yang rapat air dan bersifat kompresibel sehingga penurunan yang terjadi bisa

bertahun-tahun dan ponurunan yang terjadi besar.

9.4.1. Tanah Normal (Normally consolidated)

Tanah di alam pada umumnya telah mengalami konsolidasi primer selama bertahun-tahun

karena beratnya sendiri. Bagian tanah di A yang berada pada kedalaman h telah berpuluh-

puluh tahun memikul beban berat sendiri dari tanah yang ada diatasnya.

Tekanan efektif lapangan Po :

Po = ho

Gambar 9.9. Konsolidasi akibat adanya tegangan efektif tanah

9.4.2. Tanah Prakonsolidasi (Over Consolidated)

Adalah tanah yang pernah mengalami konsolidasi oleh beban yang lebih besar daripada

tekanan efektif yang sekarang. Misalnya suatu bukit yang mengalami longsoran.

Fisika Tanah - 106

Gambar 9.10. Konsolidasi akibat beban berlebihan

Tanah di B yang sekarang kedalamannya ho, ternyata pernah mengalami konsolidasi

dengan beban yang lebih besar pada waktu dulu.

Tekanan lapangan sekarang : Po = ho

Tekanan prakonsolidasi : Pc = hc

9.4.3. Tanah Teoritis

Tanah teoritis yaitu tanah yang belum mengalami konsolidasi meskipun oleh beratnya

sendiri.

Gambar 9.10. Sketsa tanah teoritis (belum terkonsolidasi)

9.4.4. Percobaan Konsolidasi di Laboratorium

Gambar 9.11. Alat uji konsolidasi tanah (Oedometer)

Benda uji : sampel tanah kenyang air, berbentuk bulat berdiameter 0.5 - 11 cm dan

ketebalannya 2.0 – 4.0 cm. Di atas dan di bawah benda uji dipasang batu pori agar pori

dapat keluar baik ke atas maupun ke bawah.

Fisika Tanah - 107

Cara kerja Oedometer :

1. Tanah kenyang air diberi beban P, dan diperbesar setiap tahap

2. Dalm setiap tahap ebban dibiarkan selama 24 jam

3. Diamati penurunan tebal tanah selama 24 jam pada waktu-waktu yan ditentukan

Percobaan yang dimaksudkan untuk mempelajari kompresibilitas suatu tanah tertentu,

yaitu :

1. Mempelajari hubungan antara beban P dan besarnya penurunan atau antar beban

dengan angka pori sehingga dapat ditentukan indeks kompresi atau koefisien

perubahan volume.

2. Mempelajari kecepatan penurunan dengan waktu bagi setiap tahap beban untuk

menentukan koefisien konsolidasi.

Penurunan tanah terjadi karena berkurangnya volume pori tanah, sehingga

pengurangan tebal diturunkan menjadi perubahan angka pori. Hubungan penurunan

dengna waktu bagi setiap beban digunakan untuk mempelajari waktu proses kembali.

9.4.5. Waktu Proses Konsolidasi dan Derajat Konsolidasi

Akibat adanya tambahan tekanan efektif pada lapisan tanah kompresif, tanah mengalami

konsolidasi yang prosesnya berlangsung lambat dan berlangsung dalam waktu yang lama.

Kecepatan konsolidasi dipengaruhi oleh :

Koefisien konsolidasi tanah

Tebal lapisan tanah kompresif

Drainase tanah

9.5. Penutup


1. Menguraikan mekanisme dalam penentuan daya dukung tanah.

2. Menguraikan proses terjadinya konsolidasi tanah.

3. Mencari referensi lain tentang perhitungan daya dukung dan konsolidasi tanah.

9.6. Daftar Bacaan


Erlangga, Jakarta.

2. Dandung Sri Harninto, 2010, “Studi Prilaku Bahan”, FT UI, Jakarta.

3. Braja M. Das, Nur Endah, & Indrasurya B. Mochtar, 1985, “Mekanika Teknik: Prinsip-

Prinsip Rekayasa Geoteknis)”, Erlangga, Surabaya.

Fisika Tanah - 108

BAB 10 LIKUIFAKSI

10.1. Pendahuluan


menjelaskan definisi, jenis, dan dampak likuifaksi tanah. Untuk mencapai kompetensi ini



ini.

10.2. Definisi

Pencairan tanah atau likuifaksi tanah (bahasa Inggris: soil liquefaction) adalah suatu

perilaku tanah yang mengalami perubahan tiba-tiba dari kondisi padat ke kondisi mencair,

atau memiliki sifat seperti air berat. Fenomena ini lebih mungkin terjadi pada tanah

berbutiran renggang atau moderat dengan penyaluran air (drainase) yang buruk, seperti

pada pasir lanauan (silty sand) atau pasir dan kerikil yang dilapisi atau mengandung

lapisan sedimen kedap. Sewaktu terjadi, misalnya pada peristiwa gempa bumi, pasir

renggang cenderung untuk mengalami penurunan volume, yang menyebabkan peningkatan

tekanan air pori dan, akibatnya, penurunan kekuatan geser (shear strength), yaitu

penurunan tegangan efektif.

Diketahui bahwa likuifaksi merupakan fenomena hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat

getaran gempa. Lapisan pasir berubah menjadi seperti cairan sehingga tak mampu

menopang beban banguna di dalam atau di atasnya.

Syarat-syarat terjadinya likuifaksi pada sebuah wilayah, masing-masing lapisan tanah

berupa pasir atau lanau, lapisan tanah jenuh air, lapisan bersifat lepas (tidak padat), terjadi

gempa bermagnitudo di atas 5.0, dan berkecepatan gempa lebih dari 1.0 gal.

Gempa bumi diseluruh dunia sejak 4000 tahun yang lalu hingga kini, telah memakan

korban lebih dari 13 juta jiwa. Pusat-pusat kepadatan penduduk berada di daerah subur,

kemudahan mendapatkan air, pemandangan yang indah, kawasan tambang,perkotaan besar

serta daerah industri. Kebanyakan dari wilayah tersebut berada atau berdekatan dengan

wilayah seismik atau sabuk api.

Beberapa fenomena likuifaksi ditemui di indonesia di kawasan pascagempa, diantaranya

berupa semburan pasir yang menyumbat, longsoran lereng tanah, kegagalan pondasi

jembatan dan bangunan ambles.

Fisika Tanah - 109

Untuk mengetahui potensi daya dukung tanah dan likuifaksi dilakukan dengan dua cara;

pengeboran teknik mengambil sampel lapisan tanah dan pengeboran sondir yang mengukur

kepadatan lapisan tanah melalui alat manometer (tanpa mengambil sampel tanah).

Kedua teknik pengeboran penting dilakukan di titik-titik berbeda sebelum hasilnya

dianalisa dan menghasilkan peta daya dukung.

1. Tempat Terjadinya Likuifaksi

Mitigasi bahaya likuifaksi di daerah rawan gempabumi memerlukan pengetahuan yang

baik mengenai kondisi geologi dan geologi teknik lapisan tanah bawah permukaan yang

mengontrol kerentanan lapisan tanah terhadap peristiwa likuifaksi.

2. Syarat Terjadinya Likuifaksi

Syarat-syarat terjadinya peristiwa likuifaksi harus memenuhi beberapa kriteria, yakni :

a. lapisan tanahnya berupa pasir atau Lanau,

b. lapisan tanahnya jenuh air,

c. lapisan tanahnya bersifat terurai atau gembur (tidak padat),

d. gempa buminya harus kuat dan lama.

10.3. Ketika Tanah Mencair

Kota Urayasu adalah sebuah kawasan reklamasi.

Dulunya ini hanyalah sebuah kota nelayan kecil, tapi

kemudian seiring dibangunnya kawasan Disneyland

di sebelahnya, kota ini berkembang menjadi sebuah

kawasan elit. Kawasan elit yang kini penuh rumah-

rumah miring.

“Selamat pagi” kata Profesor Ikuo Towhata

dengan bahasa Indonesia yang fasih ketika

pertama kali bertemu di stasiun sebelum

mengantar kami. rupanya beliau pernah beberapa

kali ke Indonesia pasca gempa. Beruntung beliau

bersedia diajak berkeliling dan menjelaskan

fenomena yang baru buat kami ini.

Fisika Tanah - 110

Likuifaksi adalah sebuah istilah di

kalangan ahli geologi yaitu proses

“pencairan” tanah akibat berubahnya

sifat tanah dari keadaan padat menjadi

cair pasca guncangan gempa.

Fenomena ini biasa muncul pasca

gempa besar di kawasan reklamasi,

seperti yang terjadi di kota Urayasu,

Provinsi Chiba. Ini adalah foto-foto

hasil liputan beberapa hari lalu ke

kawasan itu, tiga minggu setelah gempa dahsyat itu terjadi. Sebuah pengalaman berharga

karena kami ditemani oleh seorang pakar likuifaksi dunia, Profesor Ikuo Towhata

“Manhole” alias gorong-gorong yang melesak ke

atas karena tekanan air di bawahnya. Ini juga

fenomena umum yang terjadi di sebuah kota

yang mengalami likuifaksi.

Retakan di pinggir pantai Kota Urayasu.

Pemandangan ini terjadi di mana-mana.

Seorang teman yang tengah berada di

Disneyland Tokyo, tidak jauh dari situ,

mengatakan saat gempa, tanah retak dan air

menyembur kencang dari dalam tanah.

Fisika Tanah - 111

Box telepon umum yang miring di sebelah

stasiun shin-urayasu. Tiga minggu

berselang, pembersihan telah banyak

dilakukan, tapi kota itu masih penuh pasir

Tiang listrik yang miring tengah berusaha

ditegakkan kembali. Pasokan listrik relatif

tidak terganggu. Tapi air dan gas putus

total karena pipa-pipa baja yang ditanam

didalam tanah patah berantakan.

Pemilik rumah ini rupanya sudah sangat

paham dengan likuifaksi. Saat

membangun rumahnya beberapa bulan

lalu, dia mengeluarkan dana sampai 1

juta yen (sekitar 100 juta rupiah) untuk

melakukan “ground compaction” alias

pemadatan tanah. Rumahnya pun tegap

tegak berdiri di tengah rumah lain yang

miring.. Perhatikan pipa-pipa kuning di

sekitar rumah itu.. Itu pipa plastik yang dipakai mengalirkan gas sementara.. Ngeri juga,

tapi ternyata sistem mereka cukup canggih. jadi begitu ada kebocoran sedikit saja, aliran

gas langsung mati.

Fisika Tanah - 112

Bangunan di sebuah klinik di Urayasu

yang ambles ke dalam tanah sekitar 50-

60 sentimeter

Di bawah lahan parkir ini kemungkinan ada

“septic tank” yang langsung terdorong ke atas

saat terjadi likuifaksi.

Ini adalah foto yang menjadi icon

untuk menggambarkan dampak

ekstrim akibat likuifaksi. Gambar

ini saya temukan di buku karya

Professor Towhata yang diambil

pasca gempa di Niigata beberapa

tahun silam. Perhatikan bangunan

apartemen di bagian tengah yang

sampai rebah ke tanah. Menurut

Profesor Towhata ini adalah

dampak likuifaksi tanah terburuk

yang pernah dilihatnya. Urayasu masih termasuk beruntung di bandingkan Niigata. Oya,

beliau juga bilang kalau di Aceh sempat terjadi likuifaksi, namun tidak terlalu nampak

karena kawasan sekitar yang tersapu tsunami.

Fisika Tanah - 113

10.4. Penutup


1. Menjelaskan bagaimana proses terjadinya likuifaksi di suatu tempat atau daerah.

2. Menguraikan faktor-faktor penyebab terjadinya likuifaksi.

3. Mencari referensi lain tentang gambar dan artikel likuifaksi.

10.5. Daftar Bacaan


2. Dandung Sri Harninto, 2010, “Studi Prilaku Bahan”, FT UI, Jakarta.3. Sri Atmaja P. Rosyidi, Surya Budi Lesmana, Djoko Wintolo, Anita Widianti, 2010,

“Prosedur Analisis Likuifaksi Menggunakan Vs”, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Yogyakarta.

Fisika Tanah - 114

BAB 11 STABILITAS LERENG

11.1. Pendahuluan


menjelaskan definisi dan klasisfikasi stabilitas lereng serta faktor keamanan. Untuk

mencapai kompetensi ini digunakan metode pembelajaran SCL dengan cara presentasi dan

diskusi, kemudian dilengkapi dengan makalah dan power point yang diperoleh dari

referensi selain bahan ajar ini.

11.2. Definisi

Gerakan tanah (mass movement) adalah gerakan perpindahan atau gerakan lereng dari

bagian atas atau perpindahan massa tanah maupun batu pada arah tegak, mendatar atau

miring dari kedudukan semula.

Longsoran adalah pergerakan masa tanah atau batuan sepanjang bidang gelincir atau suatu

permukaan bidang geser. Massa batuan adalah kondisi material dan bidang-bidang

diskontinuitas yang dimiliki batuan (Bieniawski, 1989).

Lereng adalah permukaan bumi yang membentuk sudut kemiringan tertentu dengan bidang

horisontal. Lereng dapat terbentuk secara alamiah karena proses geologi atau karena dibuat

oleh manusia. Lereng yang terbentuk secara alamiah misalnya lereng bukit dan tebing

sungai, sedangkan lereng buatan manusia antara lain yaitu galian dan timbunan untuk

membuat jalan raya dan jalan kereta api, bendungan, tanggul sungai dan kanal serta

tambang terbuka.

Penyebab-penyebab longsoran diantaranya (Highway Research Board, 1978, dalam

Bandono dan Sadisun, 1997), yaitu :

11.3. Lereng

Lereng secara umum dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu lereng alami dan lereng

buatan.

1. Lereng Alami

Lereng alami yang telah berada dalam kondisi yang stabil selama puluhan atau bahkan

ratusan tahun dapat tiba-tiba runtuh sebagai akibat dari adanya perubahan kondisi

lingkungan, antara lain seperti perubahan bentuk topografi, kondisi air tanah, adanya

gempa bumi maupun pelapukan. Kadang-kadang keruntuhan tersebut juga dapat

Fisika Tanah - 115

disebabkan oleh adanya aktivitas konstruksi seperti pembuatan jalan raya, jalan kereta api,

saluran air dan bendungan.

2. Lereng Buatan

a. Timbunan

Analisis kestabilan lereng timbunan biasanya lebih mudah dan mempunyai ketidakpastian

yang lebih rendah daripada lereng alami dan galian. Hal ini disebabkan karena material

yang digunakan untuk timbunan dapat dipilih dan dikontrol dengan baik. Kestabilan lereng

timbunan dari material yang berkohesi seperti lempung, pasir berlempung, tergantung pada

beberapa faktor sebagai berikut: sudut gesek, kohesi, berat jenis tanah, tekanan air pori dan

geometri lereng. Longsoran yang biasanya terjadi pada jenis timbunan ini biasanya

merupakan gelinciran yang dalam dengan permukaan yang menyentuh bagian atas dari

lapisan keras yang berada di bawah timbunan.

Kestabilan timbunan harus ditentukan untuk beberapa kondisi sebagai berikut:

Kestabilan jangka pendek atau akhir konstruksi

Kestabilan jangka panjang

Penurunan muka air tanah mendadak

Kestabilan lereng timbunan akan berkurang apabila tinggi timbunan dinaikkan karena

lereng akan semakin tinggi dan beban pada pondasi juga bertambah. Sebagai akibatnya

maka kestabilan jangka pendek atau kestabilan pada akhir konstruksi timbunan biasanya

merupakan kondisi kestabilan yang paling kritis dan lebih menentukan daripada kestabilan

jangka panjang. Setelah timbunan selesai dibuat maka faktor keamanan akan bertambah

seiring dengan bertambahnya umur timbunan karena adanya konsolidasi pada timbunan

dan berkurangnya tekanan air pori sehingga kekuatan geser timbunan akan bertambah.

Gambar 11.1. Gambar kondisi kestabilan timbunan di atas tanah lempung

Fisika Tanah - 116

Gambar 11.2. Contoh timbunan jalan raya

Gambar 11.3. Contoh timbunan jalan kereta api

b. Galian

Tujuan dari rancangan galian adalah untuk menentukan tinggi dan sudut kemiringan lereng

yang optimum sehingga lereng tetap stabil dalam jangka waktu yang diinginkan. Lamanya

kondisi kestabilan lereng yang harus dipenuhi ditentukan oleh apakah galian bersifat

permanen atau sementara, pekerjaan perawatan yang dirancang pada lereng serta

pemantauan kondisi kestabilan yang dipasang pada lereng. Galian dapat dibuat dengan

sudut kemiringan tunggal atau menggunakan sudut kemiringan yang bervariasi sesuai

dengan tipe material yang digali. Misalnya untuk lereng yang terdiri dari material tanah

dan batuan, sudut kemiringan lereng batuan dapat dibuat lebih terjal daripada lereng tanah.

Penggalian lereng juga dapat dilakukan secara berjenjang dengan menggunakan berm

untuk setiap interval ketinggian. Apabila penggalian dilakukan secara berjenjang maka

Fisika Tanah - 117

harus dilakukan analisis untuk kestabilan lereng secara keseluruhan maupun lereng tunggal

pada setiap jenjang.

Gambar 11.4. Contoh galian berupa tambang terbuka

Bendungan merupakan perubahan lereng yang kombinasi antara galian dan timbunan.

Kebanyakan lereng di sekitar bendungan bertipe urukan, seperti gambar berikut.

Gambar 11.5. Contoh lereng pada bendungan tipe urukan

Fisika Tanah - 118

11.4. Faktor-Faktor Penyebab Terjadinya Tanah Longsor

Pada prinsipnya tanah longsor terjadi bila gaya pendorong pada lereng lebih besar daripada

gaya penahan. Gaya penehan umumnya dipengaruhi oleh kekuatan batuan dan kepadatan

tanah. Sedangkan gaya pendorong dipengaruhi oleh besarnya sudut lereng, air, beban

(gravitasi), serta berat jenis tanah-batuan.

11.4.1. Pengaruh gaya gravitasi

Pada batuan atau hancurannya yang terletak di atas lereng, mengalami gaya tarik bumi

(gravitasi g) ke bawah (pusat bumi), seperti pada gambar 11.6.

Gambar 11.6. Benda pada bidang miring dipengaruhi oleh gravitasi (g) yang dapat diuraikan sebagai gaya tegak lurus bidang (gp) dan gaya pada bidang (gt)

Uraian gaya gravitasi yang tegak terhadap bidang (gp = g cos ) menahan massa batuan

pada bidang sedangkan yang sejajar bidang (gt = g sin ) menarik massa batuan menuruni

lereng. Dalam kondisi gp lebih besar dari gt batuan tetap ditempatnya, akan tetapi jika gt

menjadi lebih besar dari gp oleh karena lereng lebih terjal (sudut membesar), maka

batuan akan bergerak turun lereng. Gaya yang menarik turun lereng disebut shear stress.

Faktor lain yang mempengaruhi kesetimbangan ini adalah gaya gesekan dalam. Gaya

gesekan dan kohesi antar butir dalam batuan dinamakan shear strength. Jika shear strength

lebih besar dari shear stress atau seimbang maka batuan atau runtuhannya tidak akan

bergerak turun lereng dimana hubungan keduanya dinyatakan sebagai faktor keamanan

(safety factor, Fs) lereng. Lereng dengan nilai Fs kurang dari 1 maka rawan longsor.

gt

g

gp

Fisika Tanah - 119

Nilai shear stress bertambah karena lereng menjadi lebih curam yang disebabkan oleh

erosi, adanya getaran gempa, dan bertambahnya beban. Bertambah curamnya lereng berarti

sudut menjadi lebih besar dan mengakibatkan g sin > g cos .

11.4.2. Pengaruh Air

Pada musim kering yang panjang akan menyebabkan terjadinya penguapan air di

permukaan tanah secara besar-besaran. Hal itu mengakibatkan munculnya pori-pori atau

rongga tanah hingga terjadi retakan dan merekahnya permukaan tanah.

Ketika hujan, air akan menyusup ke bagian tanah yang retak sehingga tanah dengan cepat

mengembang kembali. Pada awal musim hujan, intensitas hujan yang tinggi biasanya

sering terjadi, sehingga kandungan air pada tanah menjadi jenuh dalam waktu singkat.

Air hujan dengan mudah merembes pada tanah yang gembur dan batuan yang berongga

atau retak-retak. Air rembesan ini berkumpul antara tanah penutup dan batuan asal atau

lapisan dasar yang kedap air. Tempat air rembesan ini berkumpul dapat berfungsi sebagai

bidang luncur jika terjadi gerakan tanah. Meningkatnya kadar air dalam lapisan tanah atau

batuan terutama yang terletak pada lereng-lereng bukit, akan mempermudah terjadinya

longsor.

Hujan lebat pada awal musim dapat menimbulkan longsor karena melalui tanah yang

merekah, air akan masuk dan terakumulasi di bagian dasar lereng, sehingga menimbulkan

gerakan lateral. Bila ada pepohonan di permukaannya, tanah longsor dapat dicegah karena

air akan diserap oleh tumbuhan. Akar tumbuhan juga akan berfungsi mengikat tanah. Air

bukanlah penyebab utama dan bukan juga sebagai media transportasi akan tetapi ia

mempunyai peran penting.

Pengaruh air pada gerak tanah adalah sebagai: penambahan beban (memperbesar g),

memperkecil gaya kohesi akibat tekanan air dan mungkin juga melarutkan perekat antar

butir, tekanan ke atas air akan mengurangi gaya gesek.

11.4.3. Faktor Topografi (Kelerengan)

Lereng atau tebing yang terjal akan memperbesar gaya pendorong lereng yang terjal

terbentuk karena pengikisan air sungai, mata air, air laut, dan angin. Kebanyakan sudut

lereng yang menyebabkan longsor adalah 180 apabila ujung lerengnya terjal dan bidang

longsorannya mendatar (gambar 11.7).

Fisika Tanah - 120

11.4.4. Faktor Struktur

Adanya bidang diskontinuitas (bidang tidak sinambung) yang merupakan bidang lemah

dapat berfungsi sebagai bidang luncuran tanah longsor. Bidang tersebut memiliki ciri

sebagai berikut :

Bidang perlapisan batuan

Bidang kontak antara tanah penutup dengan batuan dasar.

Bidang kontak antara batuan yang retak-retak dengan batuan yang kuat.

Bidang kontak antara batuan yang dapat melewatkan air dengan batuan yang kedap air.

Bidang kontak antara tanah yang lembek dengan tanah yang padat.

Bidang-bidang tersebut merupakan bidang lemah yang dapat berfungsi sebagai bidang

luncuran tanah longsor.

11.4.5. Faktor Kegempaan

Getaran yang terjadi biasanya diakibatkan oleh gempabumi, ledakan atau letusan

gunungapi, getaran mesin, dan getaran lalulintas kendaraan. Semua itu dapat menyebabkan

retaknya tanah, badan jalan, lantai, dan dinding rumah (gambar 11.8).

11.5. Jenis-Jenis Tanah Longsor

Proses tanah longsor dipengaruhi oleh tipe material, tipe gerakan, ada tidaknya air, dan

kecepatan gerakan, membuat klasifikasi gerakan tanah menjadi kompleks. Proses tanah

longsor tidak lepas dari factor kegagalan lereng secara mendadak dan aliran material.

Dengan demikian garakan tanah dapat dibedakan atas tiga jenis utama, yaitu: falls (jatuhan

pecahan batuan dan sedimen yang lepas ke dasar lereng), slides (longsoran batuan atau

sedimen dengan permukaan planar), dan flows (longsoran yang mengalir laksana fluida

kental.

Gambar 11.7. Tebing yang terjal Gambar 11.8. Badan jalan retak dan jatuh

Fisika Tanah - 121

11.5.1 Falls

Fall adalah gerak pecahan batuan besar atau kecil yang terlepas dari batuan dasar dan jatuh

bebas. Biasanya terjadi pada tebing-tebing yang terjal dimana material lepas tidak dapat

tetap ditempatnya, dapat langsung jatuh atau membentur-bentur dinding tebing sebelum

sampai di bawah tebing. Contoh pada tebing di pinggir jalan yang baru dikupas terutama

batuannya masih segar atau agak lapuk dan banyak rekahan (gambar 11.9).

Gambar 11.9. Jatuhan atau runtuhan batu

11.5.2 Slides

Slides adalah material yang bergerak masih agak koheren dan bergerak diatas suatu

permukaan bidang. Bidang luncurannya dapat berupa bidang rekahan, kekar atau bidang

perlapisan yang sejajar dengan lereng. Slide dibedakan menjadi rockslide (longsoran massa

batuan dengan bentuk plat) dan slump (longsoran massa dengan permukaan melengkung).

1. Rockslide

Rockslide (gerakan blok) adalah perpindahan batuan yang bergerak pada bidang gelincir

berbentuk rata. Longsor ini disebut juga longsor translasi blok batu (gambar 11.10).

Gambar 11.10. Gerakan blok batu Gambar 11.11. Longsoran rotasi

Fisika Tanah - 122

2. Slump

Slump adalah keruntuhan lereng dimana batuan atau regolith bergerak turun dan maju

disertai gerak rotasional yang berlawanan dengan arah massa yang bergerak, melalui

bidang lengkung dan cekung ke atas. Ujung blok yang turun biasanya terangkat akibat

rotasi, membentuk lereng baru yang landai dan berlawanan arah dengan bidang luncurnya.

Slump dapat terjadi sendiri-sendiri atau berkelompok. Gerak perpindahan material tidak

cepat dan tidak jauh (gambar 11.11).

11.5.3 Flows

Flow (aliran) terjadi apabila material bergerak menuruni lereng sebagai cairan kental

dengan cepat dan umumnya dijumpai berupa campuran sedimen, air dan udara dengan

memperhatikan kecepatan dan konsentrasi sedimen yang mengalir. Yang sering terjadi

adalah aliran lumpur (mud flow), aliran debris dengan banyak air dan utamanya partikel

halus. Tipe gerak tanah ini umumnya terjadi didaerah yang curah hujannya tinggi.

Kecepatan alirannya tidak hanya bergantung pada kecuraman lereng akan tetapi juga pada

kandungan air.

1. Mud Flow

Mud flow (aliran lumpur) adalah gerakan massa tanah dan batuan berukuran lempung pada

bidang gelincir berbentuk rata atau bergelombang landai. jenis ini biasa disebut longsor

translasi blok (gambar 11.12).

2. Debris Flow

Debris Flow (aliran bahan rombakan) adalah gerakan massa tanah yang bergerak akibat

dorongan air. Kecepatan aliran tergantung pada kemiringan lereng, volume dan tekanan

air, dan materialnya. Gerakannya terjadi di sepanjang lembah dan mampu mencapai

ratusan meter jauhnya. Di beberapa tempat biasa sampai ribuan meter, seperti di daerah

Gambar 11.12. Longsor translasi Gambar 11.13. Aliran bahan rombakan

Fisika Tanah - 123

aliran sungai, dan sekitar gunungapi. Aliran tanah ini dapat menelan banyak korban

(gambar 11.13).

3. Creep

Creep (rayapan) merupakan tipe dimana gerakannya sangat lambat, sehingga tidak

teramati, hanya akibatnya seperti dinding rumah retak-retak akibat pondasinya perlahan-

lahan bergeser, tiang-tiang dan pepohonan tumbuhnya melengkung. Rayapan dapat terjadi

juga karena tanah jenuh air, daya kohesinya berkurang dan tanah mudah bergerak ke

bawah lereng (gambar 11.14).

Tanah longsor dapat pula diklasifikasikan menurut modelnya yang didekati dengan

mengasumsikan adanya bidang gelincir potensial pada penampang 2-D suatu lereng.

Dengan demikian model tanah longsor pada suatu lereng dapat dibedakan menjadi: longsor

lingkaran, longsor busur, dan longsor bidang.

a. Longsor Lingkaran (Circular Failure)

Longsor lingkaran paling sering terjadi di alam, terutama pada lereng yang terdiri dari

tanah homogen. Longsor ini juga terjadi pada batuan lapuk yang memiliki bidang-bidang

rapat yang tak menerus (heavily joint) atau pada timbunan batu pecah.

b. Longsor Busur (Semi-Log Failure)

Longsor ini hampir sama dengan longsor lingkaran, hanya saja bidang gelincirnya tidak

membentuk lingkaran tapi agak landai (semi log). Longsor jenis ini terjadi pada daerah

yang tanahnya terdiri dari beberapa lapisan namun tidak terdapat bidang-bidang lemah.

Umumnya longsor ini merupakan gabungan longsor lingkaran dengan longsor bidang.

Gambar 11.14. Rayapan tanah

Fisika Tanah - 124

c. Longsor Bidang (Plane Failure)

Longsor bidang biasanya terjadi pada batuan yang mempunyai bidang gelincir bebas (day

light) yang dianggap rata dan mengarah ke lereng. Bidang gelincir tersebut dapat berupa

bidang diskontinu seperti bidang sesar, kekar/rekahan (joint), liniasi maupun bidang

perlapisan batuan.

Longsoran bidang akan terjadi bila memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:

Terdapat bidang gelincir bebas, artinya kemiringan bidang gelincir lebih kecil dari

kemiringan lereng ( < ).

Kemiringan bidang gelincir lebih besar dari sudut geser dalam batuan( > ).

Arah bidang gelincir sejajar atau mendekati sejajar dengan arah lereng.

Tidak terdapat gaya penahan di kedua sisi longsoran.

11.6. Kestabilan Lereng

Parameter-parameter yang mempengaruhi kondisi kestabilan lereng antara lain yaitu:

• Geometri lereng

• Kekuatan geser material

• Berat satuan materil

• Tekanan air pori.

Terdapat beberapa kesulitan yang dihadapi dalam analisis kestabilan lereng alami karena

beberapa hal sebagai berikut:

- kesulitan untuk mendapatkan data masukan, (seperti model geologi, hubungan

tegangan-regangan, distribusi tekanan air pori), yang memadai.

- tingginya tingkat ketidakpastian mengenai mekanisme longsoran yang mungkin terjadi

serta proses-proses penyebabnya.

Beberapa pertimbangan yang harus dilakukan dalam analisis kestabilan lereng alami antara

lain yaitu menentukan apakah longsoran yang mungkin terjadi merupakan longsoran yang

pertama kali atau longsoran yang terjadi pada bidang geser yang sudah ada serta

kemungkinan terjadinya longsoran apabila dibuat suatu pekerjaan konstruksi atau

penggalian pada lereng.

Bila dalam analisa kestabilan lereng diasumsikan bahwa longsoran akan membentuk

bidang longsor berupa lingkaran, maka dasar-dasar statika dapat digunakan untuk

Fisika Tanah - 125

menentukan keadaan aman atau tidaknya suatu lereng. Bila longsoran total dianggap

silindris, maka bidang longsor penampang lereng tersebut merupakan unsur lingkaran.

Gaya-gaya yang mempengaruhi keseimbangan massa longsoran adalah momen-momen

gaya yang bekerja terhadap titik pusat dari busur lingkaran longsor.

Untuk mengidentifikasikan terjadinya suatu gerakan tanah, penting untuk diketahui faktor

keamanan lereng, yaitu dengan membandingkan momen penahan longsor terhadap momen

penggeraknya. Kekuatan geser (shear strength) maksimum yang ada pada tanah digunakan

dalam menghitung momen penahan. Kelongsoran terjadi bila momen penggerak melebihi

momen penahannya. Faktor keamanan lereng dinyatakan sebagai:

penggerakmomen

penahanmomenFK

FK > 1 berarti lereng dalam keadaan mantap,

FK = 1 berarti lereng diambang kelongsoran,

FK < 1 berarti lereng mengalami kelongsoran.

Pada kenyataannya di lapangan, perencanaan maupun penentuan faktor keamanan lereng

tidak dapat ditentukan dengan pasti. Untuk itu digunakan interval nilai faktor keamanan

dalam menetapkan faktor keamanan dari suatu lereng (tabel 2.1 dan tabel 2.2).

Tabel 11.1 Nilai faktor keamanan terhadap keadaan lereng

Nilai FK Kemungkinan Longsor

FK < 1.071.07 < FK < 1.25FK > 1.25

Kelongsoran biasa terjadiKelongsoran pernah terjadiKelongsoran jarang terjadi

Sumber : Joseph, 1986

Tabel 11.2 Nialai FK untuk perencanaan lereng

Nilai FK Keadaan Lereng

< 1.01.0 – 1.21.3 – 1.41.5 – 1.7

Tidak mantapKemantapan diragukanMemuaskan untuk pemotongan dan penimbunanMantap untuk bendungan

Sumber : Suyono, 1983.

Fisika Tanah - 126

11.7. Penutup


1. Menjelaskan mekanisme terjadinya longsor.

2. Menguraikan faktor-faktor penyebab terjadinya longsor.

3. Mencari referensi lain tentang contoh perhitungan faktor keamanan suatu lereng.

11.8. Daftar Bacaan


2. Sosrodarsono, Suyono, et al, 1983, ”Mekanika Tanah dan Teknik Fondasi”, Pradya Paramita, Jakarta.

3. Syamsuddin, 2007, ”Penentuan Struktur Bawah Permukaan Bumi Dangkal dengan Menggunakan Metoda Geolistrik Tahanan Jenis 2D”, Tesis, ITB, Bandung.

Fisika Tanah - 127

BAB 12 DUKUNGAN METODE GEOFISIKA DALAM FISIKA TANAH

12.1. Pendahuluan


mengetahui metode-metode geofisika yang erat hubungan dengan sifat fisis dan mekanika

tanah. Untuk mencapai kompetensi ini digunakan metode pembelajaran SCL yang diawali

dengan ceramah, diskusi (Interaktif).

12.2. Definisi

Metode Geofisika adalah suatu cara mengidentifikasi material di bawah permukaan dengan

melakukan pengukuran di permukaan bumi. Ada beberapa metode Geofisika yang dikenal,

antara lain: Metode Gravitasi, Metode Geolistrik, Metode Geomagnet, Metode Seismik,

dan Metode Elektromagnetik. Dari sekian banyak metode yang ada, setidaknya ada dua

metode yang sangat erat hubungannya dengan Fisika Tanah, yaitu: Metode Geolistrik dan

Metode Seismik.

12.3. Metode Seismik

Metode seismik adalah metode Geofisika yang menggunakan perambatan gelombang

mekanik. Metode seismik dapat dibedakan atas dua bagian, yaitu: seismik refleksi dan

seismik refraksi. Metoda seismik refleksi mengukur waktu yang diperlukan suatu impuls

suara untuk melaju dari sumber suara, terpantul oleh batas-batas formasi geologi, dan

kembali ke permukaan tanah pada suatu geophone. Refleksi dari suatu horison geologi

mirip dengan gema pada suatu muka tebing atau jurang. Metoda seismik repleksi banyak

dimanfaatkan untuk keperluan Explorasi perminyakan, penetuan sumber gempa ataupun

mendeteksi struktur lapisan tanah. Sedangkan Metoda seismik refraksi mengukur

gelombang datang yang dipantulkan sepanjang formasi geologi di bawah permukaan tanah.

Peristiwa refraksi umumnya terjadi pada muka air tanah dan bagian paling atas formasi

bantalan batuan cadas. Grafik waktu datang gelombang pertama seismik pada masing-

masing geofon memberikan informasi mengenai kedalaman dan lokasi dari horison-

horison geologi ini. Informasi ini kemudian digambarkan dalam suatu penampang silang

untuk menunjukkan kedalaman dari muka air tanah dan lapisan pertama dari bantalan

batuan cadas. Sumber getar dari metode ini adalah: Palu (pukulan) dan Dinamik. Pada

pokok bahasan ini hanya mengkaji metode seismik refraksi.

Fisika Tanah - 128

12.3.1. Prinsip Dasar Metode seismik

Penggunaan metode seismik refraksi pada daerah ini bertujuan untuk mengetahui batas

kontak antara batugamping dan breksi dengan masa dasar lempung. Perbedaan kecepatan

antara lapisan ini menjadi dasar penggunaan metode ini dalam menentukan batas kontak.

Sebelum membahas lebih lanjut, perlu diketahui prinsip dasar metode seismik refraksi.

Gelombang seismik yang dihasilkan dari sumber, penjalarannya sebagian ada yang

dipantulkan dan dibiaskan. Secara garis besar anggapan yang dipakai dalam penjalaran

gelombang seismik sebagai berikut :

1. Panjang gelombang seismik lebih kecil dari ketebalan lapisan bumi. Hal ini

memungkinkan setiap lapisan yang mempunyai syarat tersebut akan dapat terdeteksi.

2. Gelombang seismik dianggap sebagai sinar seismik yang memenuhi hukum-hukum

Snellius (gambar 12.1), prinsip Huygens (setiap titik yang dilalui muka gelombang

akan menjadi sumber gelombang baru, gambar 12.2) dan prinsip Fermat yaitu

penjalaran gelombang dari suatu titik ke titik lainnya akan melewati lintasan dengan

waktu minimum.

3. Pada bidang batasa antar lapisan, gelombang seismik merambat dengan kecepatan

pada lapisan di bawahnya.

4. Kecepatan gelombang bertambah dengan bertambahnya kedalaman.

Selain itu anggapan medium yang dilalui oleh gelombang seismik adalah :

1. Medium bumi dianggap berlapis-lapis dan setiap lapisan menjalarkan gelombang

seismik dengan kecepatan yang berbeda.

2. Bertambanya kedalaman, batuan akan semakin kompak.

Gambar 12.1. Prinsip dasar Hukum Snellius

Ilustrasi penjalaran gelombang refraksi melalui bidang batas 2 medium yang berbeda dapat

dilihat pada gambar 12.3. Karena gelombang ini merambat pada bidang batas maka

gelombang ini terbiaskan pada kondisi kritis.

Persamaan hukum Snellius :

2

1

sin

sin

V

V

r

i

untuk sudut datang dimana gelombang akan merambat sejajar dengan perlapisan (sudut

kritis) :

2

11sinV

Vic

Gambar

Pada tahap pertama dari survei seismik refraksi adalah memilih lokasi dan panjang lintasan

survei dengan menggunakan peta topografi daerah penyelidikan. Lokasi lintasan survei

harus diset untuk mencapai tujuan survei secara efisien, yaitu menggunakan infor

yang ada pada peta topografi dan peta geologi. Pada dasarnya akan lebih baik bila memilih

lintasan survei pada permukaan yang datar.

Fisika Tanah


.3. Karena gelombang ini merambat pada bidang batas maka

gelombang ini terbiaskan pada kondisi kritis.


Gambar 11.2. Prinsip Huygens.

Gambar 12.3. Penjalaran Gelombang Bias.



harus diset untuk mencapai tujuan survei secara efisien, yaitu menggunakan infor


lintasan survei pada permukaan yang datar.

Fisika Tanah - 129


.3. Karena gelombang ini merambat pada bidang batas maka




harus diset untuk mencapai tujuan survei secara efisien, yaitu menggunakan informasi


Fisika Tanah - 130

Panjang lintasan survei tergantung pada kedalaman eksplorasi yang diinginkan. Bila

menggunakan Metoda Hagiwara sebagai metoda interpretasi, diperlukan suatu pasangan

kurva travel time bolak-balik (reciprocal travel time curve) yang direfraksikan dari suatu

lapisan pada kedalaman penyelidikan. Panjang survei (spread) dapat diestimasi dengan

mengasumsikan model struktur dua lapis paralel seperti yang terlihat pada gambar 1. Jarak,

Axa (dari A ke Xa) dapat ditulis sebagai:

12

12

VV

VVha2AXa

dimana h : ketebalan lapisan permukaan

V1 : kecepatan lapisan permukaan

V2 : kecepatan refraktor

Rekaman titik penerima A ke Xa, kedatangan pertama (first arrival) merupakan

gelombang langsung dan kedatangan pertama (first break) dari gelombang refraksi tidak

muncul. Jarak BXb (titik-titik penerima untuk gelombang refraksi) dapat diturunkan

dengan cara yang sama, yaitu:

12

12

VV

VVhb2AXb

Jarak XaXb, harus cukup panjang untuk menentukan kecepatan refraktor, biasanya dipilih

20 sampai 30 kali jarak antar penerima. Akhirnya, panjang lintasan L dapat digambarkan

sebagai berikut:

XaXbBXbAXaL

Dalam upaya mendapatkan kedalaman eksplorasi yang cukup untuk memenuhi tujuan

penyelidikan, panjang survei (spread) harus lebih besar dari L.

Untuk interpretasi seismik refraksi dapat dilakukan dengan beberapa metode antara lain :

1. Metoda T – X

2. Metoda Waktu Tunda (Delay Time)

3. Metoda Hagiwara

4. Metoda Matsuda

5. Metoda GRM (Generalized Reciprocal Method)

Fisika Tanah - 131

Pada interpretasi data kali ini megunakan Metoda Hagiwara, sehingga dalam penulisan ini

hanya dibahas tentang prinsip perhitungan Metoda Hagiwara. Pada Gambar 12.4, v1 dan v2

masing-masing adalah kecepatan lapisan atas dan kecepatan lapisan bawah, dan i adalah

sudut kritis refraksi. Dengan Hukum Snellius:

2

1sinv

vi

A dan B adalah titik tembak dan P adalah titik penerima (geophone). Lintasan gelombang

bias dari A ke P adalah A → A″ → P″ → P dan lintasan dari B ke P adalah B → B″ → P″

→ P. Dengan menggambar garis P′ R yang tegak lurus dari P′ ke P P″, diperoleh hubungan

221

"'

sin

""

v

PP

iv

RP

v

RP

Oleh kerena itu,

21111

"'cos""

v

PP

v

ih

v

RP

v

PR

v

PP p

Dengan cara yang sama, dapat diperoleh :

211

211

211

cos

cos

cos

v

B'B"

v

ih

v

BB"

v

A'A"

v

ih

v

AA"

v

P'P"'

v

ih

v

'PP"

B

A

p

Gambar 12.4. Lintasan gelombang bias untuk struktur dua lapis

hPi iR

P

P’ P’’’P”

hAi

A

A’A”

hBi

B

B’B”

v1

v2

Shot Point Shot Point Receiving Point

Gambar

Bila dinotasikan waktu perambatan gelombang bias dari titik tembak A ke titik penerima P

dengan TAP, waktu perambatan dari B ke P dengan

dengan TAB, maka

21

21

21

"""

'"""

"""

B

v

BA

v

AAT

P

v

PB

v

BBT

P

v

PA

v

AAT

AB

BP

AP

Dari persamaan (3) diperoleh hubungan sebagai berikut:

PBPAP v

ihTT

1

cos2

(cos2

1BPAPP TT

i

vh

Dalam persamaan di atas, v

langsung dekat titik tembak, dan

cos i tidak dapat dicari, karena

kedalaman hP dan titik penerima

Misalkan besar T′AP ditunjukkan oleh persamaan:

2

(' BPAP

APAP

TTTT

Fisika Tanah

Gambar 12.5. Kurva travel time bolak-balik


atan dari B ke P dengan TBP dan waktu perambatan dari A ke B

2111

2111

2111

''coscos"

''coscos'"

''coscos"

v

BA

v

ih

v

ih

v

PB

v

PB

v

ih

v

ih

v

PP

v

PA

v

ih

v

ih

v

PP

BA

PB

PA

Dari persamaan (3) diperoleh hubungan sebagai berikut:

ABT

)ABT

v1 dapat diperoleh dari kurva travel-time dari gelombang

langsung dekat titik tembak, dan TAP, TBP dan TAB diperoleh dengan cara observasi. Tetapi

tidak dapat dicari, karena v2 biasanya tidak diketahui. Jika harga

dan titik penerima P.

ditunjukkan oleh persamaan:

2

)ABBP T

Fisika Tanah - 132


dan waktu perambatan dari A ke B

time dari gelombang

diperoleh dengan cara observasi. Tetapi

biasanya tidak diketahui. Jika harga v2 diketahui,

Fisika Tanah - 133

Dari beberapa persamaan di atas, dapat dituliskan

21

''cos'

v

PA

v

ihT A

AP

Jarak x diukur ke arah B, dengan mengambil A sebagai titik referensi (origin), adalah

sudut gelombang yang merambat pada lapisan bawah ke garis horisontal. Kemudian A′ P′

diperoleh dari persamaan

P

A

dxPA

cos''

Pada dasarnya harga tidak terlalu besar, maka dapat diambil pendekatan cos = 1.

Oleh karena itu A′ P′ = x merupakan pendekatan yang sangat dimungkinkan. Sehingga:

21

cos'

v

x

v

ihT A

AP

Persamaan ini merupakan persamaan linier terhadap x, jika diambil x sebagai absis dan

TAP sebagai ordinat dan diplot titik-titik yang bersesuaian. Garis lurus tersebut merupakan

suatu short (bentuk kurva yang lebih pendek) dari travel time curve yang dikandung oleh

titik-titik yang berhubungan. Nilai TAP diperoleh dari:

2

1)'(

vT

dx

dAP

TAP merupakan besaran yang menunjukkan kecepatan pada lapisan bawah, yang disebut

sebagai “velocity travel time”. Dengan cara yang sama dapat diperoleh nilai TBP.

Dengan menggunakan nilai v2 maka nilai cos i dapat dihitung. Untuk x = 0 pada persamaan

diatas, dinotasikan harga dari TAP maka didapat:

1

cos'

v

ihAA

dengan hA adalah kedalaman pada titik A.

Lereng alami yang telah berada dalam kondisi yang stabil selama puluhan atau bahkan

ratusan tahun dapat tiba-tiba runtuh sebagai akibat dari adanya perubahan kondisi

Fisika Tanah - 134

lingkungan, antara lain seperti perubahan bentuk topografi, kondisi air tanah, adanya

gempa bumi maupun pelapukan. Kadang-kadang keruntuhan tersebut juga dapat

disebabkan oleh adanya aktivitas konstruksi seperti pembuatan jalan raya, jalan kereta api,

saluran air dan bendungan.

12.3.2. Metode Seismik Refraksi dalam Fisika Tanah

Peranan metode Seisimik refraksi sangat penting dalam hal penentuan batas antara soil

(tanah) dengan batuan kompak di bawahnya. Pada beberapa keadaan metode seismik

refraksi sangat dibutuhkan, misalnya suatu instansi yang hendak mendirikan bagunan

bertingkat maka dibutuh kan informasi tentang bedrock (batuan dasar). Informasi tentang

batuan dasar dibutuhkan untuk keperluan pembuatan pondasi. Bila suatu bangunan

bertingkat pondasinya tidak sampai pada batuan dasar atau batuan kompak, maka besar

kemungkinan terjadi konsolidasi atau penurunan pondasi. Hal tersebut dapat

membahayakan bagi penghuni bangunan tersebut. Selian penentuan batas tanah dan

batuan, juga dapat ditentuk jenis material yang dilalui gelombang mekanik dengan melihat

kecepatan yang diperoleh.

12.4. Metode Geolistrik

Metode geolistrik bertujuan untuk mengetahui jenis batuan pada lapisan bumi berdasar

besaran resistivitas atau konduktivitasnya dengan cara mengamati potensial listrik dalam

batuan yang bersesuai dengan aliran arus listrik yang disuntikan disuatu di permukaan

bumi, kemudian mengamati potensial dititik –titik disekitar sumber arus tersebut.

Selanjutnya dengan memanfaatkan hukum Ohm dan medan potensial yang dihasilkan

dapat diidentifikasi jenia batuan yang ada disetiap lapisan, jumlah lapisan, ketebalan

lapisan dan tentu saja dengan asumsi bahwa setiap lapisan berbeda sifat kelistrikannya

dengan lapisan lain dan umum didekati dengan asumsi setiap lapisan bersifat homogeny

(homogen) dan isotropis. Metode ini dapat menginvestigasi sampa pada beberapan lapisan

bumi bergantung pada metode dan hasil yang ingin dicapai.

Metode Geolistrik terbagi atas 3 bagian, yaitu: metode potensial diri(SP), metode induksi

polarisasi (IP),metode geolistrik hambatan jenis (Metode Resistivitas). Ketiga metode

geolistrik ini berpeluang untuk digunakan mendukung penelitian fisika tanah. Namun pada

pokok bahasan ini hanya diurai tentang metode geolistrik tahanan jenis.

Fisika Tanah - 135

12.4.1. Prinsip Dasar Geolistrik

Metode resistivtas adalah salah satu metode geolistrik yang mempelajari sifar resistivitas/

konduktivitas listrik dari lapisan batuan di dalam bumi. Sebetulnya terdapat banyak

metode eksplorasi geofisika yang mempergunakan sifat tahanan jenis sebagai media

alat/alat untuk mempelajari keadaan geologi bawah permukaan .

Berdasarkan pada tujuan penyeledikannya metode geolistrik tahanan jenis dapat dibagi

menjadi dua kelompok besar yaitu:

1. Metode resistivitas mapping

Metode Resistivitas Mapping bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas bawah

permukaan secara horisontal .Oleh karena itu pada metode ini digunakan konfigurasi

elektroda yang sama untuk semua titik pengamatan dipermukaan bumi. Setelah itu

baru dibuat kontour rsistivitanya.

2. Metode resistivitas sounding

Metode resistivitas sounding biasa juga disebut metode resistivitas drilling.Tujuan dari

metode ini adalah mempelajari variasi resistivitas bawah permukaan secara vertikal.

Pada metode ini pengukuran potensial dilakukan dengan cara mengubah-ubah jarak

elektrode.Pengubahan jarak elektrode ini tidak dilakukan secara sembarangan tapi dari

jarak terkecil kemudian diperbesar secara gradual .Jarak ini sebanding dengan

kedalaman lapisan batuan yang ingin dideteksi. Pembesaran elektrode dapat dilakukan

bila dimiliki peralatan geolistrik yang memadai yakni alat geolistrik tersebut harus

mengahsilkan arus listrik yang besar atau memiliki sensivitas yang tinggi artinya dapat

membaca perbedaan beda potensial yang kecil.

Konsep dasar dari Metoda Geolistrik adalah Hukum Ohm yang pertama kali dicetuskan

oleh George Simon Ohm. Dia menyatakan bahwa beda potensial yang timbul di ujung-

ujung suatu medium berbanding lurus dengan arus listrik yang mengalir pada medium

tersebut. Selain itu, dia juga menyatakan bahwa tahanan listrik berbanding lurus dengan

panjang medium dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Formulasi dari

kedua pernyataan Ohm di atas, dapat dituliskan sebagai berikut:

IV atau RIV .

A

LR atau

A

LR

Fisika Tanah - 136

Arus listrik diasumsikan muatan positif yang bergerak ke arah terminal megatif, sedangkan

muatan negatif bergeraka ke terminal positif. Namun kesepakatan menyatakan bahwa arus

listrik bergerak dari muatan positif ke arah muatan negatif.

Prinsip pelaksanaan survei resistivitas adalah mengalirkan arus listrik searah ke dalam

bumi melalui dua elektroda arus yang ditancapkan pada dua titik permukaan tanah dan

kemudian mengukur respon beda potensial yang terjadi antara dua titik yang lain di

permukaan bumi dimana dua elektroda potensial ditempatkan dalam suatu susunan

tertentu.

Dari data pengukuran yang didapat yakni beda potensial dan kuat arus, akan diperoleh

harga-harga resistivitas semu untuk setiap spasi elektroda yang dibentang. Harga-harga

tersebut digambarkan pada kertas grafik log-log untuk mendapatkan kurva lapangan.

Kurva lapangan ini kemudian diinterpretasikan untuk mendapatkan harga-harga ketebalan

dan resistivitas lapisan bawah permukaan bumi.

Dalam pendugaan resistivitas, digunakan asumsi-asumsi sebagai berikut:

- Pada bawah permukaan bumi terdiri dari lapisan-lapisan dengan ketebalan tertentu,

kecuali pada lapisan terbawah yang mempunyai ketebalan tidak berhingga

- Bidang batas antar lapisan adalah horizontal.

- Setiap lapisan dianggap homogen isotropis

Apabila pada medium homogen isotrropis dialiri arus searah (I) dengan medan listrik (E),

maka elemen arus (dI) yang melalui suatu elemen luasan (dA) dengan rapat arus ( J ) akan

berlaku hubungan:

AdJdI

Dengan demikian rapat arus ( J ) di setiap elemen luasan akibat medan listrik (E), akan

memenuhi hubungan sebagai berikut:

EJ

dengan E dalam Volts per meter dan adalah konduktivitas medium dalam siemens per

meter (S/m) atau MHO/m (-m)-1.

Medan listrtik adalah gradien dari potensial skalar,

VE

sehingga kita mendapatkan

VJ

Fisika Tanah - 137

Apabila arus stasioner dengan koefisien konduktivitas konstan, maka akan diperoleh

persamaan Laplace dengan potensial harmonis. Hal ini akan dijabarkan pada seksi berikut.

12.4.2. Potensial Pada Bumi Homogen Isotropis

Lapisan bumi bersifat homogen isotropis adalah merupakan pendekatan yang sederhana

dalam penentuan tahanan jenis lapisan-lapisan batuan bumi, sehingga tahanan jenis

dianggap tidak bergantung pada sumbu koordinat dan merupakan fungsi skalar jarak titik

pengamatan. Arus tunggal I menyebabkan timbulnya distribusi potensial. Dalam hal ini

hukum-hukum fisika dasar yang dapat digunakan adalah terutama Hukum Kekekalan

Muatan dan Hukum Ohm. Aliran arus yang mengalir dalam bumi homogen isotropis

didasarkan pada Hukum Kekekalan Muatan yang secara matematis dapat dituliskan

sebagai berikut:

t

qJ

Dimana, J = rapat arus (A/m2)

q = rapat muatan (C/m3)

Persamaan di atas disebut juga sebagai persamaan kontinuitas. Bila arus stasioner maka

persamaan di atas menjadi :

0 J

Hukum Ohm menyatakan bahwa besarnya rapat arus J akan sebanding dengan besarnya

medan listrik E , sehingga diperoleh persamaan matematis seperti berikut :

VEEJ 1

Arah J sama dengan arah E dan konstan bila medium homogen isotropis.

dimana: = tahanan jenis medium

E = medan listrik (volt/m)

= 1 = hantaran medium (mho/m)

V = potensial listrik (volt)

Kedua persamaan di atas untuk medium homogen isotropis () konstan, maka juga

konstan atau = 0, sehingga diperoleh persamaan Laplace sebagai berikut:

02 V

Fisika Tanah - 138

Persamaan ini termasuk persamaan dasar dalam teori penyelidikan geolistrik tahanan jenis.

Dengan demikian distribusi potensial listrik untuk arus listrik searah dalam medium

homogen isotropis memenuhi persamaan Laplace.

12.4.3. Potensial Elektroda Arus Tunggal pada Permukaan Medium Isotropis

Gambar 12.6. Sumber arus tunggal di permukaan medium homogen isotropis (Loke, 2004)

Pada model bumi yang berbentuk setengah bola homogen isotropis memiliki konduktivitas

udara sama dengan nol. Dengan demikian arus I yang dialirkan melalui sebuah elektroda

pada titik P di permukaan, akan tersebar ke semua arah dengan besar yang sama. (Gambar

12.6). Potensial pada suatu jarak r dari titik P, hanya merupakan fungsi r saja. Persamaan

Laplace yang berhubungan dengan kondisi ini dalam sistem koordinat bola adalah:

0sin

1sin

sin

1112222

22

V

r

V

rr

Vr

rr

Mengingat arus yang mengalir simetri terhadap arah dan pada arus tunggal, maka

persamaan di atas menjadi:

02

2

2

r

V

rr

V

Dengan demikian potensial di setiap titik yang berhubungan dengan sumber arus pada

permukaan bumi yang homogen isotropis adalah:

I

Vratau

I

rV

22

1

PowerC2C1 b

Arah aliran arus Muka potensial sama

Y

X

Z

P

Fisika Tanah - 139

12.4.4. Potensial Dua Elektroda Arus pada Permukaan Homogen Isotropis

Pada pengukuran geolistrik tahanan jenis, biasanya digunakan dua buah elektroda arus C di

permukaan. Besarnya potensial pada titik P di permukaan akan dipengaruhi oleh kedua

elektroda tersebut (Gambar 12.7).

Gambar 12.7. Dua elektroda arus dan potensial di permukaan bumi homogen isotropis (Loke & Barker, 1996)

Potensial pada titik P1 yang disebabkan oleh arus dari elektroda C1 dan C2 adalah:

11 2 r

IV

dan 2

2 2 r

IV

Beda potensial di titik P1 akibat arus C1 dan C2 menjadi:

2121

11

2 rr

IVV

Demikian pula potensial yang timbul pada titik P2 akibat arus dari elektorda C1 dan C2,

sehingga beda potensial antara titik P1 dan P2 ditulis sebagai:

k

I

rrrr

IV

4321

1111

2

atau

I

Vk

4321

1111

2

rrrr

k

dimana k adalah faktor geometri yang bergantung pada susunan elektroda.

Harga resistivitas pada persamaan di atas merupakan harga resistivitas semu yang

diperoleh dari hasil pengukuran di lapangan. Harga resistivitas sebenarnya dapat diperoleh

Fisika Tanah - 140

dengan melakukan suatu proses perhitungan, baik secara manual maupun secara

komputerisasi. Perhitungan secara manual dilakukan dengan bantuan beberapa jenis kurva

yang dikenal dengan kurva standar dan kurva bantu. Sedangkan cara komputerisasi

membutuhkan suatu perangkat lunak berupa software. Software yang umum digunakan

adalah IP dan RES2DINV.

Gambar 12.8 dan 12.9 memperlihatkan kisaran harga resistivitas dari beberapa jenis

batuan. Harga resistivitas batuan dapat berubah-ubah, apabila kandungan fluida dalam

pori-pori batuan mengalami perubahan atau terjadi perubahan secara signifikan kandungan

kimia yang memiliki kontras harga resistivitas.

Gambar 12.8. Kisaran rata-rata harga resistivitas spesifik dan permitivitas relatif beberapa jenis batuan.(Schön, 1996)

Gambar 12.9. Kisaran harga resistivitas beberapa jenis batuan, tanah, dan mineral (Loke, 2004)

Fisika Tanah - 141

12.4.5. Konfigurasi Elektroda dan Sensitivitasi

Ada beberapa bentuk konfigurasi elektroda (potensial dan arus) dalam eksplorasi geolistrik

tahanan jenis dengan faktor geometri yang berbeda-beda, yaitu: Wenner Alpha, Wenner

Beta, Wenner Gamma, Pole-Pole, Dipole-Dipole, Pole-Dipole, Wenner–Schlumberger,

dan Equatorial Dipole-Dipole. Setiap konfigurasi memiliki kelebihan dan kekurangan, baik

ditinjau dari efektivitas dan efisiensinya maupun dari sensitifitasnya. Gambar 12.10

menunjukkan berbagai bentuk susunan (konfigurasi) elektroda beserta faktor geometrinya.

Gambar 12.10. Konfigurasi elektroda dalam eksplorasi geolistrik (Loke, 2004)

12.4.6. Metode Resistifitas Dalam Fisika Tanah

Seperti halnya metode seismik refraksi, metode resistivitas juga sangat besar peranannya

dalam fisika tanah. Metode risitivtas ini banyak digunakan untuk penelitian lingkungan dan

air tanah. Sehingga dapat dikatakan bahwa metode ini yang paling banyak digunakan

dalam mengkaji tentang tanah dan air. Dengan melihat konduktifitas atau resistivitas yang

diperoleh dari pengukuran lapangan, dapat didentifikasi jenis-jenis material yang adan di

bawah permukaan daerah penyelidikan. Salah satu parameter penting dalam penyelidikan

dengan menggunakan metode resistivitas ini adalah air pori dan logam. Kedua material itu

merupakan konduktor yang baik. Namun tidak menutup kemungkinan untuk diteliti

dengan menggunakan metode ini mineral non logam. Dengan melihat asosiasinya, maka

dapat diidentifikasi material-material yang terukur di bawah permukaan.

Fisika Tanah - 142

12.5. Penutup


1. Menjelaskan mekanisme penjalaran gelombang pada metode seismik.

2. Menjelaskan prinsip kelistrikan bumi dalam pengukuran metode geolistrik tahanan

jenis.

3. Mencari referensi lain tentang masing-masing metode pengukuran di lapangan untuk

seismik dan resistivitas.

12.6. Daftar Bacaan

1. Lantu dan Samsuddin, 2009, “Modul pembelajaran: Metode Geolistrik dan Geoelektromagnetik”, Geofisika UNHAS, Makassar.

2. Syamsuddin, 2007, ”Penentuan Struktur Bawah Permukaan Bumi Dangkal dengan Menggunakan Metoda Geolistrik Tahanan Jenis 2D”, Tesis, ITB, Bandung.

Fisika Tanah - 143

EVALUASI

Evaluasi merupakan usaha untuk melihat batas-batas keberhasilan mahasiswa dan dosen

setelah pelaksanaan pembelajaran. Evaluasi dapat dilakukan dengan mengadakan ujian

tengah semester dan ujian akhir semester ditambah tugas rumah. Namun disamping ketiga

jenis evaluasi di atas, dapat pula dilakukan evaluasi pada setiap pertemuan.

Pada matakuliah ini, jenis evaluasi yang dilakukan adalah

1. Tugas mandiri dan kelompok yang dikerjakan di rumah.

Pada bagian ini tugas yang ada pada stiap penutup bab dari bahan ajar dapat dilakukan

oleh perorangan dapat pula kelompok. Tergantung dari instruksi dasen pengampu

matakuliah ini dengan melihat kondisi pembelajar. Jenis penilaiannya diambil

berdasarkan: ketepatan waktu mengumpul, kesempurnaan jawaban dan keabsahan

referensi.

2. Tugas kelompok pembuatan makalah dan presentasi

Mahasiswa membuat makalah sesuai materi yang diberikan dilakukan di rumah atau di

kampus luar kelas dan dipresentasikan di dalam kelas secara berkelompok juga. Jenis

penilaian pada tugas ini adalah: kelengkapan makalah, kepiawaian dalam

mempresentasikan (penguasaan materi, media, dan sikap), dan tanggap dalam

menjawab pertanyaan

3. Ujian tak terjadwal atau kuis.

Kuis dilakukan untuk melihat apakah materi yang dipelajari sebelumnya dipahami atau

tidak dan apakah sudah siap menerima materi di hari itu. Penilaiannya dari kejelasan

uraian (kognitif), sikap dala ujian (afektif), dan kecepatan mengumpul (psikomotorik)

4. Uji kompetensi akhir

Ujian ini dilakukan dua kali karena matakuliah ini diampu oleh dua orang dosen.

Meteri yang diujikan tergantung materi apa yang disajikan oleh dosen bersangkutan.

Penilaiannya benar-benar dari kognitif belaka.

Akumulasi nilai dari berbagai jenis evaluasi di atas menentukan nilai mutu tadi mahasiswa

bersangkutan. Pemberian nilai dan mutu kepada mahasiswa mengikuti aturan akdemik

yang berlaku di UNHAS.

Berdasarkan nilai-nilai yang diperoleh mahasiswa dosen atau tim dapat dievaluasi

keberhasilannya dalam membawakan materi.

Fisika Tanah - 144

DAFTAR PUSTAKA

Beydha I., 2002, “Konservasi Tanah dan Air di Indonesia Kenyatan dan Harapan”, Fisip UNSU, Medan.

Bowles, J.E., dan J.K., Hainim, 1984, “Sifat-Sifat Fisis dan Geoteknik Tanah”, Erlangga, Jakarta.

Das, B.M., N., Endah, & I.B., Mochtar, 1985, “Mekanika Teknik: Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis)”, Erlangga, Surabaya

Hardjowigeno, S., 2010, “Ilmu Tanah”, Akademik Pressindo, Jakarta.

Hutagalung, A.S., 2007, “Pelepasan, Penyelesaian, dan Kesepakatan dalam Konsolidasi Tanah bagi Pembangunan Rumah Susun Ditinjau dari Hukum Perdata”, BPN, Jakarta

Mega, I M., dkk, 2010, ”Klasifikasi Tanah dan Kesesuaian Lahan”, Bahan Ajar, Universitas Udayana, Denpasar

Puja, I N., 2008, “Penuntun Praktikum Fisika Tanah”, Jurusan Tanah Universitas Udayana, Denpasar

Santoso, B., H. Suprapto, & Suryadi HS, “Dasar Mekanika Tanah”, Seri Diktat Kuliah, Gunadarma, Jakarta

Syamsuddin - FISIKA TANAH

Documents

Transcript of Syamsuddin - FISIKA TANAH