PENGURANGAN REMBESAN AIR ASIN PADA MODEL AKUIFER PANTAI …

Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016_Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8

PENGURANGAN REMBESAN AIR ASIN PADA

MODEL AKUIFER PANTAI DENGAN KONSTRUKSI

SEKAT GROUTING BARRIER

Nurnawaty1, Mary Selintung

2, M. Arsyad Thaha

3 dan Farouk Maricar

4

1Mahasiswa Program Doktor Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Email: [email protected]

2Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Email: [email protected]

3 Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Email: [email protected]

4 Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin, Email: fk [email protected]

ABSTRAK

Salah satu cara yang dapat digunakan untuk meminimalkan rembesan air asin pada akuifer pantai adalah

dengan membuat penghalang fisik di bawah permukaan dengan menyuntikkan campuran air - semen ke

dalam pasir untuk menurunkan nilai kecepatan rembesan. Rembesan air laut di wilayah pesisir ke dalam

air tanah tawar terkait dengan porositas dan permeabilitas batuan penyusunnya. Semakin besar pori-pori

batuan semakin tinggi porositas dan permeabilitasnya. Desain sekat penghalang bawah permukaan selain

berfungsi untuk menghambat rembesan air asin lebih jauh ke dalam air tanah juga berfungsi untuk

melindungi cadangan air tawar serta sebagai penguat tanah dasar dan pondasi gedung di tepi pantai.

Olehnya itu direncanakan untuk melakukan penelitian skala laboratorium untuk mengetahui; dimensi, dan

ketebalan sekat grouting yang efektif sebagai upaya mengurangi rembesan air asin ke air tanah di lapisan

tanah di dalamnya. Grouting adalah metode atau teknik yang dilakukan untuk memperbaiki situasi dari

bawah tanah dengan memasukkan bahan yang masih dalam keadaan cair, dengan cara tekanan sehingga

material akan mengisi semua celah rata-rata dan lubang yang ada di bawah permukaan tanah. Ukuran

kualitas sekat ditentukan oleh rasio air dan campuran semen ke dalam pasir dengan perbandungan

campuran air : semen dan kedalaman sekat di bawah muka air asin. Penelitian ini dilakukan di

laboratorium dengan membuat benda uji sekat penghalang dengan variasi ketebalan sekat grouting, Hasil

penelitian menunjukkan bahwa makin besar rasio ketebalan sekat dinding maka jarak rembesan dapat

dikurangi sebesar 20%, 35% dan 50 % dari rembesan semula

Kata kunci : rembesan air asin, sekat penghalang, akuifer pantai

1. PENDAHULUAN

Tanah atau batuan penyusun pada kawasan pantai umumnya berupa pasir akan

menyebabkan air laut lebih mudah masuk ke dalam air tanah, aliran ini terjadi karena

adanya rembesan yang melewati pori-pori, nilai rembesan pada pasir pantai dapat

dikurangi dengan merubah ukuran pori sehingga volume air yang melewati akan

berkurang dengan membuat bahan buatan yakni campuran air dan semen yang di tekan

ke dalam pasir (grouting) sehingga membentuk struktur lapisan tanah baru dengan nilai

permeabilitas yang berbeda.Penelitian yang dilakukan oleh Jun Zhou et al (2009)

menyelidiki perubahan permeabilitas menggunakan kolom panjang 25 cm dari sedimen

akuifer pantai di Cina, Putuhena (2005) mengembangkan metode permeation grouting

tiang pada tanah pasir dilakukan dalam fondasi tiang diameter 10 cm dan panjang 170

cm. menghasilkan selimut grouting yang lebih baik dibandingkan campuran yang lain

yang dapat meningkatkan kapasitas tarik rerata pada fondasi tiang grouting sebesar

562%. [7] grouting ; memperkirakan jumlah cairan injeksi yang diperlukan, serta

mailto:[email protected]



mailto:fk%[email protected]

Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016 – Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8

Bidang Keairan & Lingkungan 234

menentukan besarnya angka kelulusan air dalam tanah serta besarnya angka koefisien

permeabilitas.

Desain penghalang bawah permukaan berwawasan lingkungan yang bukan hanya

berfungsi menghambat rembesan air asin lebih jauh ke arah daratan tetapi sekaligus

berfungsi sebagai perkuatan tanah dasar pada bangunan tepi pantai yang dapat

berfungsi untuk melindungi cadangan air tawar. Hal ini perlu sebagai salah satu

langkah preventif untuk mencegah pencemaran kadar air tanah akibat dari intrusi air

laut yang berlebihan dimana dapat menimbulkan perubahan salinitas dan krisis air

bersih. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk meminimalkan rembesan air asin

adalah dengan membuat penghalang fisik di bawah permukaan tanah dengan

menyuntikkan campuran air-semen ke dalam pasir untuk menurunkan nilai kecepatan

rembesan. Metode alternatif yang dieksplorasi lebih jauh dengan melakukan penelitian

skala laboratorium yakni memasang sekat grouting dengan variasi ketebalan sekat

untuk mengungkap kondisi interpretasi pengaliran dan mengurangi rembesan

air asin ke dalam air tanah tawar pada lapisan tanah didalamnya.

II. TINJAUAN PUSTAKA Grouting adalah injeksi bahan semi-viskos (bahan bubur) ke dalam tanah atau batuan

melalui lubang bor dengan tujuan menutup bagian terbuka, celah dan lubang di lapisan

tanah dimaksudkan untuk meningkatkan kekuatan tanah (Dwiyanto 2005). Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui karakteristik dan kemampuan tanah/pasir pantai dalam

mengalirkan air, mengetahui tingkat permeabilitas tanah dengan menambahkan

campuran air-semen ke dalam lapisan pasir pantai dan untuk mengungkap kemampuan

pasir yang telah diinjek dengan air-semen dalam mengurangi laju intrusi air laut dalam

skala laboratorium Ukuran pori dan butiran tanah mempengaruhi cepat lambatnya air.

Air yang melewati pori-pori akan membawa partikel-partikel tanah menuju hilir,

sehingga partikel yang terbawa merupakan pembesaran ruang pori diantara butiran

tanah, Hal ini akan menyebabkan debit air yang mengalir semakin besar dan volume

tanah akan berkurang. Berkurangnya volume tanah akan mempengaruhi kondisi

bangunan di sekitar aliran, seperti penurunan, stabilitas pondasi dan stabilitas lereng.

Rembesan atau permeabilitas suatu bahan adalah pengaliran dari cairan yang berupa air

atau minyak mengalir lewat rongga pori, pori-pori tanah saling berhubungan antara satu

dengan yang lainya. Sehingga air dapat mengalir dari titik yang mempunyai tinggi

energi lebih tinggi ke titik dengan energi yang lebih rendah. Untuk tanah permebalitas

dilukiskan sebagai sifat tanah yang menggambarkan bagaimana air mengalir melalui

tanah.Walaupun secara teoritis, semua jenis tanah lebih atau kurang mempunyai rongga

pori, dalam praktek, istilah mudah meloloskan air (permeable),ditunjukan untuk tanah

yang memang benar-benar mempunyai sifat meloloskan air. Sebaliknya tanah disebut

kedap air (impermeable),bila tanah tersebut mempunyai kemampuan meloloskan air

yang sangat kecil, sehingga konsep dasar rembesan dari tinggi energi dan kehilangan

energi ketika air mengalir melalui tanah telah disebutkan ketika air mengalir melalui

medium berpori seperti tanah akan terjadi kehilangan energi yang terserap oleh

tanah[11].

Rembesan pada tanah merupakan aliran yang secara terus menerus mengalir dari hulu

menuju hilir. Aliran air ini merupakan aliran dari air sungai melalui material yang lolos

air (permeable), Untuk itu,pola aliran dan debit rembesan yang keluar melalui tubuh

bendungan atau dibawah tubuh bendung sangat penting dan perlu untuk diperhatikan



analisa rembesan pada tanah umumnya dimodelkan baik secara fisik maupun secara

empiris untuk mengetahui fenomena pola aliran dari rembesan. Selain itu, kondisi aliran

yang digunakan dalam permodelan ini yaitu aliran tetap. atau (steady flow) terjadi di

titik manapun jika kondisi seperti kecepatan, tekanan, dan kedalaman aliran tidak

terjadi perubahan terhadap waktu. Sehingga, rata-rata kecepatan dan tekanan aliran

tersebut konstan sehingga mengalami kondisi pergerakan tanah akibat karena tekanan

aliran tetap terus menerus mengalir dari hulu ke hilir. Debit rembesan yang besar dapat

menimbulkan piping serta gejala sembulan (boiling) yang dapat membahayakan

kestabilan tubuh tanggul, Debit rembesan harus dibatasi yaitu 2% sampai 5 % dari debit

rata-rata yang masuk ke dalam waduk atau saluran. Semakin besar debit rata-rata yang

mengalir maka presentase maksimal yang diambil harus semakin kecil.

Ada beberapa metode yang digunakan untuk menghitung debit rembesan antara lain,

Hukum Darcy, metode Dupuit, L Casagranded dalam rumus

………………. ……………………………… (1)

Dengan :

h1 = tinggi nuka air di hulu (cm)

h2 = tinggi muka air di hilir (cm)

L = panjang jarak horizontal

K = koefisien permeabilitas

Gambar 1. Rembesan Air asin dalam tanah dari hulu ke hilir

Persamaan tersebut disebut Dupuit’s Formula, sedangkan untuk menentukan

formasigaris depresi ditentukan dengan menentukan tinggi h.

√

……………………………………………………… (2)

Besarnya debit menurut Schaffemak dan Van Iterson

q = k a sin . tan …………………………………………………………….. (3)

Casagrande mengusulkan cara untuk menghitung rembesan (tubuh bendungan) yang

didasarkan pada pengujian model, berdasarkan persamaan berikut :

q = k a sin2 …………………………………………………………………………(4)

dimana :

a = tinggi garis kemiringan hilir pada dasar (cm)

d = jarak lintasan rembesan (cm)

H = tinggi muka air Hulu (cm)

= sudut kemiringan lereng hilir

y

h1

h2X

L

K

K



k = Koefisiem permeabilitas

Pada Gambar 1 terdapat perbedaan tinggi muka air antara bagian hulu (h1) dan hilir atau

tail water (h2). Dalam hal ini Dupuit mengasumsikan rembesan per unit dalam

koordinat X dan Y dalam rumus

.......................................................................................................... .(5)

Integrasi dan disubtitusikan dengan boundary conditions

Aliran Air Dalam Tanah

Aliran air tanah diperlukan untuk mengetahui : Banyaknya rembesan yang mengalir di

bawah permukaan tanah misalnya di bawah tubuh bendung, perubahan volume tanah

akibat aliran air tanah, perubahan kekuatan geser tanah. Untuk aliran air yang melalui

tanah berlaku hukum DARCY dan aliran adalah laminer kecepatannya relatif rendah[9]

Q = k.i.A ……………………………………………………………………. (6)

Dimana :

Q = Debit yang mengalir, dalam (l/det) atau (m3/det)

i = Gradien hidrolik (cm)

A = Luas penampang (cm2)

k = Koefisien permeabilitas (cm/det)

Koefisien Permeabilitas (k) adalah kecepatan aliran yang melalui rongga, harga (k)

bergantung kepada : ukuran butir (Soil grain), sifat dari pada air pori, angka pori (Void

ratio) e, bentuk dan susunan pori (Porositas) n serta drajat kejenuhan Sr. Kecepatan

Darcy dan rembesan kecepatan permeabilitas pada media berpori (pasir, kerikill

berpasir, tanah dan tanah liat) berbeda sesuai panjang sampel, pada panjang sampel

yang sama kecepatan Darcy menurun pada pasir halus sementara pada pasir kerikil

kecepatan Darcy meningkat, nilai konduktivitas hidrolik atau koefisien permeabilitas

bervariasi[6].

Untuk mengetahui tekanan air pori yang terjadi pada kedalaman di bawah muka air

tanah. Bernoulli memberikan suatu persamaan ;

…………………………………..…………………….(7)

dengan:

h = tinggi energy total,

= tekanan (KN/cm2),

V = kecepatan (cm/det)

w = berat volume air,

g = percepatan gravitasi (cm/det2)

z = tinggi elevasi (cm)

Kecepatan rembesan v di dalam tanah sangat kecil, maka factor

kecepatan diabaikan, dimana V2/2g = 0. Dengan diabaikannya factor

kecepatan maka persamaan Bernoulli menjadi :

………………………………………………………………….(8)



Untuk menghitung banyaknya rembesan lewat tanah dengan perbedaan

tinggi energy, seperti pada gambar 2 berikut.[8]

Gambar 2. Aliran Rembesan Dalam Tanah

III. METODE PENELITIAN 1. Pembuatan model uji di laboratorium dengan variasi tebal sekat grouting barrier

2. Melakukan pengamatan dan pengujian rembesan air dan proses injeksi air dan

semen ke dalam pasir kasar untuk mendapatkan hubungan antara panjang

rembesan dan rasio ketebalan sekat, elevasi muka air asin dan kecepatan

rembesan

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian terhadap model fisik pengaliran akuifer pantai sesuai gambar 3, a, b (sketsa)

dan c di bawah yang dirancang dalam wadah saluran berukuran panjang x lebar x tinggi

masing-masing 250 c x 50 cm x 50 cm, dilakukan dalam 2 kondisi variasi tebal sekat

yakni : a) kondisi alami tanpa konstruksi sekat, b) kondisi menggunakan sekat sedalam

2 cm di bawah muka air asin dengan tebal masing-masing 1 cm (b1), 2 cm (b2) dan 3

cm (b3)

(a)

k

k

0

10

20

- 10

0

10

20

- 10

- 20

0 - 10 - 20 - 30 - 40 - 50102030405060708090100110120130140150

QAir Asin

?h = 10 cm

Ele

va

tion (

cm

)

Air Tawar

Muka Air Tanah

Interface

Profil MemanjangSkala 1 : 100



(b)

©

Gambar 3, menunjukkan panjang rembesan air laut ke dalam aquifer pantai (a)

tanpa penghalang, (b) dengan penghalang dan (c) model fisik

laboratorium[3]

Analisa Debit Rembesan Berdasarkan Metode Dupuit

Perhitungan debit rembesan pada pasir kasar

K = 0.0025 mm/detik

h1 = 20 cm

h2 = 19.7 cm

L = 5 cm

Hubungan antara jarak dan debit rembesan, masing-masing jenis pasir dengan metode

Dupuit pada gambar 4 berikut :

Gambar 4. Hubungan antara Jarak dan Debit Rembesan

Grafik diatas menunjukkan debit rembesan menggunakan metode Dupuit pada setiap

jarak ,Untuk muka air Pasir kasar debit rembesan sebesar 20.621 ml/jam pada jarak 47

cm,. Pasir sedang debit rembesan sebesar 8.263 ml/jam pada jarak 53 cm, sedangkan

Pasir halus debit rembesan sebesar 3.346 ml/jam pada jarak 56 cm. Hal ini

menunjukkan bahwa makin besar ukuran pori maka debit rembesan semakin besar. Dari

gambar dapat disimpulkan bahwa makin panjang jarak rembesan, maka semakin besar

debit rembesan yang diperoleh berdasarkan kedalaman rembesan pada masing-masing

jenis pasir.

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Deb

it r

embe

san

(cm

3/de

t)

Jarak (cm)

Grafik Hub antara Jarak dan Debit Rembesan Pada 3 Jenis pasir

Pasir kasar

pasir Sedang

Pasir Halus



Hubungan Ketebalan Sekat dan Jarak Rembesan

Data tebal sekat dan jarak rembesan diambil berdasarkan hasil pengukuran pada tiga

model tebal sekat berbeda pada tinggi muka air yang sama, hasil pengukuran tebal sekat

dan jarak rembesan pada gambar 5 dan gambar 6

Grafik tersebut menunjukkan pola aliran pada setiap muka air, Untuk setiap

pertambahan sekat setebal 1 cm tinggi pizometer muka air asin 20 cm akan mampu

mengurangi panjang rembesan sebesar 20 %, 35 % dan 50 %. Sedangkan pada grafik 7

hubungan antara pengaruh ketebalan sekat terhadap pengurangan jarak rembesan.

Gambar 5. Profil RembesanAir Asin dengan Variasi

Tebal Sekat

Gambar 6. Hubungan antara Tebal Sekat dan Jarak

Rembesan

Gambar 7. Pengaruh tebal Sekat Terhadap Panjang

Rembesan

IV. PENUTUP

a. Kesimpulan

1. Besarnya debit rembesan dengan metode Dupuit dapat di simpulkan bahwa

semakin meningkat nilai muka air maka semakin besar rembesan yang terjadi pada

aliran air dalam tanah

2. Ketebalan sekat penghalang berpengaruh terhadap penguranganjarak rembesan

yang terjadi setiap pertambahan 1 cm tebal sekat maka dapat mengurangi jarak

rembesan sebesar 20 cm, 35 cm dan 50 cm.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

34.00

36.00

38.00

40.00

42.00

44.00

46.00

48.00

50.00

0 2 4 6 8 101214161820222426283032343638404244464850525456586062646668707274767880828486889092949698100102104106108110112114116118120122124126128130132134136138140142144146148

Eleva

si M

odel

, h (c

m)

Jarak Titik Pengamatan ( cm )

Grafik 2a. Tinggi Muka Air Asin pada kedalaman sekat 2 cm dan variasi tebal sekat 1, 2 dan 3 cm pada Hs=20 cm

Tinggi awal d = 0 cm (tanpa Sekat Penghakang) tma Asin untuk d = 2 cm tma untuk d = o ma untuk d = 2 cm

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

Jarak (cm)

Pasir Halus Pasir Sedang Pasir Kasar

y = -0.2396x + 3.1151R² = 0.7369

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

-5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

Teba

l sek

at

Panjang Rembesan

Hub Tebal Sekat Vs Panjang Rembesan

Hub Tebal Sekat VsPanjang Rembesan

Linear (Hub TebalSekat Vs PanjangRembesan)



b.Saran

Dari pengamatan didalam Penelitian ini penulis memberikan saran-saran untuk

penelitian lebih lanjut, yaitu :

1. Untuk mendapatkan pencatatan yang lebih akurat dalam eksperimen laboratorium

maka perlu dilengkapi alat pencatat otomatis agar mampu mendapatkan data yang

lebih akurat untuk penelitian selanjutnya.

2. Penelitian tentang rembesaan pada pasir laut ini perlu dikembangkan lagi dengan

menambahkan metode analisis lainnya.

3. Hasil penelitian ini perlu dikaji dan dikembangkan lagi sehingga dapat disesuaikan

dengan fenomena yang terjadi d ilapangan.

DAFTAR PUSTAKA

1. Devendra Kumar et al, (2012), International Journal of Scientific and Research

Publications, Volume 2, Issue 7, July 2012 11 ISSN 2250-3153

2. Leonid N., Germanovich and Lawrence C. Murdoch, (2010), Injection of solids to

lift coastal areas, journal is © The Royal Society

3. Nurnawaty, et al (2013), Model Pengurangan Laju Intrusi Air Laut Pada Aquifer

Pantai Dengan Menggunakan Sistem Grouting, Publikasi Ilmiah Penelitian I,

Program Doktor Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin Makassar ISSN 2087-7986

4. Papadopoulou MP, et al, (2005), Modelling The Saltwater Intrusion Phenomenon

In Coastal Aquifers – A Case Study Industrial Zone Of Herakleio In Crete, Global

Nest Journal Vol.7 No.2, pp 197 – 203

5. Siti Zubaedah Kurdi, dkk, (2002), Indikasi Kenaikan Muka Air Laut Pada Kota

Pantai Di Kotamadya Makassar, Proseding Studi Dampak Timbal Balik Antar

Pembangunan Kota dan Perumahan di Indonesia dan Lingkungan Global.

6. Edi Harseno, dkk, (2008), Tinjauan tinggi tekanan Air di bawah Bendung dengan

Turap dan Tanpa Turap Pada Tanah Berbutir Halus, FT UKRIM, Yogyakarta

7. Udiana I Made, (2006), Teknik Pengujian Tekanan Air Pada Pekerjaan Grouting

Proyek Bendungan/Waduk Nipah Madura Jawa Timur, Jurnal jurusan teknik Siplil

FST Undana

8. S. Sosrodarsono, (1997), Bendungan Type Urugan, PT. Pradnya Paramita, Jakarta

9. S. Sosrodarsono dan Nakazawa, (1990), Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi, PT

Pradnya Paramita, Jakarta

10. Wikipedia, (2012), http://id.wikipedia.ofg/wiki//kenaikan-permukaan-air-laut, diakses 5 Mei 2013

11. Yeh William WG, (2006), Modelling And Optimization Of Seawater Intrusion

Brriers In Southern California Coastal Plain, Technical Completion Reports,

University Of California Water Resources Centre, Uc Berkeley,

(http://escolarship.org/uc/item/3z07d30d)

http://id.wikipedia.ofg/wiki/kenaikan-permukaan-air-laut

http://escolarship.org/uc/item/3z07d30d

Documents

PENGURANGAN REMBESAN AIR ASIN PADA MODEL AKUIFER PANTAI …