/,"

oo%'oao$'oooeo?oo

-PERSEN

PASIR

iambar 2.16 Segitiga tekstur yang digunakan untuk klasifikasitekstur tanah. Sumber: Domenico & Schwartz (1990).

!oq

oa4

8\.

N}

0r,%

Contoh soal

Sebagai contoh cara menggunakan segitiga tersebut dapat digunakan hasilanalisa ayakan sebagai berikut, yang diambil dari Cigadung, Bandung(Widiastuti, 1994):

. pasir : 2O.5 ok

. lanau :74.O o/o

. liat: 5.5 %

Dari segitiga tekstur dapat dicari posisi dengan koordinat hasil ana-lisaayakan tersebut, sehingga dapat dicari klasifikasinya. Sampel diatasmenurut klasifikasi dari International Society of Soil Sciences (ISSS) danUSDA adalah lempung berlanau (silty loam). Selain klasifikasi yangdiusulkan oteh ISSS, ada klasifikasi tekstur tanah yalg diusulkan oleh USGeological Survey (USGS) dan USDA yang sedikit berbeda (Fetter, 1988).Dalam klasifikasi yang diusulkan oleh USDA dan ISSS tersebut, definisiliat adalah partikel yang mempunyai ukuran lebih kecil dari O.OO2 mm.

Ukuran butir dari agregat atau partikel tanah akan menentukan luaspermukaan per Satuan berat dari tanah. Luas permukaan per satuan berattanah disebut sebagai luas permukaan spesifik. Tabel berikut menyajikannilai luas permukaan spesifik yang mewakili kelompok atau jenis tanah.

Tabel2.7 . Luas permukaan spesifik beberapa mineral liat

Nama mineral Luas permukaan spesifik m2lg (tipikal)Montmorilonit 300-800Mika-smektit 57*

Kaolinit 17*

Illite 80

Vermikulit 100-700

Klorit 80

Alofan 484*

Sumber: *Tan (19921 dan berbagai sumber.

Luas permukaan spesifik ini penting, karena reaksi permukaan sepertiadsorpsi tergantung antara tain dari luas permukaan spesifik. Selain itu,semakin tinggi nilai luas permukaan spesifik, konduktivitas hidrolis daritanah tersebut umumnya akan semakin kecil. Hal ini disebabkan semakinbanyaknya bidang geser antara air dengan permukaan padatan ataupartikel. Mudah diduga bahwa semakin halus atau semakin kecil diameterpartikelnya, maka akan semakin luas permukaan spesifiknya.

2.7 Porositas dan kelembaban

2.7.1 Porositas

Pada kondisi alamiah, partikel tanah cenderung untuk saling bergabungmembentuk agregat atau ped (bongkahan), karena beberapa proses sepertimengembang dan menyusutnya tanah oleh perubahan kadar air ataupengaruh biologis, seperti karena jamur ataupun binatang tanah, dapatmenghasilkan substansi yang mengikat partikel tanah untuk bergabung

membentuk agregat. Gambar 2.18 memperlihatkan beberapa kemungkinanagregasi tanah. Kondisi ini akan mempengaruhi porositas tanah, yangkemudian akan mempengaruhi mobilitas atau transportasi zat pencemar.

Porositas dari suatu tanah atau sedimen adalah volume kosong (uoidspaces) antara komponen padatan tanah. Gambar 2.17 rnemperlihatkankomponen yarlg mungkin ada dalam suatu massa tanah, yang terdiri darikomponen padat (solid matrix\, yaitu tanah, komponen cair atau larutantanah, dan ruang kosong atau void, di mana didalamnya mungkin terisiuap air dan gas. Gas-gas yang mungkin ada dalam ruang kosong padatanah yang dekat dengan permukaan udara mempunyai komposisi yanghampir sama dengan udara, seperti misalnya nitrogen, oksigen, karbondioksida, serta gas-gas lain. Semakin dalam, komposisi akan berubahsesuai dengan tekstur dan komposisi tanah serta keberadaan kontaminan.Pada kondisi di mana kontaminan organik terdapat dalam jumiah besar,maka kehadiran COz, Yang berasal dari metabolisme mikroorganismeakan menjadi semakin dominan, dan oksigen akan menipis. Gas-gas lainseperti methan (CH+) yang merupakan hasil metabolisme mikroorganismedalam fermentasi juga mungkin terdapat atau terjebak dalam ruang pori.Secara ringkas dapat dikemukakan di sini bahwa ruang pori antarpartikelmempunyai fungsi penting da-lam transpor atau pertukaran gas dalamtanah.

Secara matematis porositas1988):

(100v")/v

dapat didefinisikan sebagai berikut (Fetter,

(2.121

di mana: n = porositas tanah dalam persen,

Vu = volume void da]am satuan volume tanah, dan

V = volume tanah, termasuk void dan komponen padatan tanah.

Porositas yang ditentukan di dalam laboratorium dilakukan dengan meng-ambil contoh tanah dengan alat yang telah diketahui volumenya (V) . Alattersebut dapat berupa bor hidrolis ataupun pipa logam tipis yang dimasuk-kan ke dalam tanah yang akan diambil contohnya. Contoh tanah tersebutkemudian dikeringkan dalam oven sampai beratnya tidak mengalamiperubahan, sebesar W". Pemanasan ini cukup untuk menguapkan air yang

Gambar 2,17 Komponen tanah yang terdiri darikomponen padat, cair, dan ruang kosong

36 Suprihanto Notodarmojo, Pencemaran tanah dan air tanah

,.---flmEF:::'"" Agregra'iemakr.

Pasir

/\Kar Agregrate mikro

Hypha

Agregrate ataupartikel

Lanau .

Hypha

Bakteri

Kantung darinartikel liat' bulu akarPori tanah

Sisa mikroba dan jamurbergabung atau dilapisioleh partikel anorganik

2

Aluminosilikat amorf,oksida dan polimerorganik tersorpsi Padapermukaan liat karenaikatanelekfostatik O,2dan flokulasi

pada -0,03 MPa

Liat halus

Gambar 2.18 Bentuk-bentuk agregasi tanah. Sumber: Yaron et al (1996)

berada di antara padatan tanah, tetapi tidak menghilangkan air yang ter-ikat (hgd.rated) oleh mineral talah. contoh tanah yang telah dikeringkan,kemudian dimasukan ke dalam botol piknometer yang telah diisi air penuhdan telah diketahui volumenya, sampai benar-benar jenuh. Penambahantanah ke dalam piknometer akan mendesak air keluar botol piknometer,dengan volume yang sama besarnya dengan volume tanah tersebut.Volume air merupakan volume dari padatan tanah (VJ. Dengan demikianhubungan dibawah ini dapat berlaku

Pp = w" / v" (2.13)

po =W"/V Q.l4)

di mana po adalah kerapatan partikel tanah (particle densitg) dalam glcm3,pr adalah kerapatan tanah (bulk density) dengan satuan yang sarna. Daripersamaan (2.13) dan (2.14) dapat diturunkan persamaan untuk meng-hitung porositas sebagai berikut:

(2.1s)

Karakteristik tanah 37

Akar dan hYPhae

(Organik setengah matang)

20drrm

Sisa mikroba(materi humus)

liat Jamur

LiatPori tanah Bakteri

pada -1,5 MPa

lrmbar liat

n = 100(1-(po./pr) )

Tabel 2.8 Kisaran harga porositas beberapajenis tanah

Jenis / material tanah Kisaran Porositas

Pasir dal kerikil seragam 0,25-0,50

Campuran pasir dan kerikii 0,20-0,35

Pasir kasar 0,25-0,35

Pasir sedang (medium) 0,35-0,40

Pasir halus 0.40-0,50

Glacial till 0,10-0,20

Sha-le 0,01-0, i0Dolomite, retakan (fr actured) 0,07-0,11

Pasir lar,aual 0,39

Lanau (silt) 0,35-0,50

Lanau berliat 0,34

Batu granite, retakan lfractured) 0,02-0,08

Batupasir (sandstonel 0,t4-o,49

Liat endapan danau (clay lacustrine) o,40-o,44

Liat 0,33-0,60

Tanah pada umumnya (soils) 0,50-0,60

Sumber : Fetter [1988), Todd (1979] dan sumber lain

Besarnya harga pp untuk tanah pada umumnya adalah 2.65 glcrrr3 (Baver,et al. 1972). Untuk batuan, seperti batu kapur dan granit lebih beratsedikit, antara 2.7-2.8 grf cr:r3, demikian juga untuk tanah liat, har:ganyalebih besar dari 2.65 gr/cm3.

Selain porositas, nilai rasio void (void = ruang kosong atau pori) jugasering digunakan dan didefinisikan sebagai rasio antara volume voidterhadap volume partikel tanah, atau dapat ditulis sebagai berikut:

e = volume void/volume partikel tanah = n/(1-n) (2.\6)

Salah satu faktor penting yang menentukan porositas adalah konfigurasidari packing butir tanah. Pada Gambar 2.19, dapat dilihat 3 jenis packingyang menyebabkan perbedaan yang cukup berarti pada porositas tanahtersebut. Konfigurasi packing pertama yang disebut " cubid' packing, yangbila butir tanahnya berbentuk bola akan menghasilkan porositas minimum47.650/0, sedangkan yang kedua, yang dikenal sebagai "rhombohedrq.t'packing menghasilkan porositas minimurn 25.95ok. Kombinasi packingyang ketiga adalah cubic packing dengan ruang antarbutirnya diisi olehpartikel lain yalg lebih halus. Untuk jenis ini, porositasnya menjadi lebihkecil. Tentu saja yang ditemukan pada tanah secara alamiah umumnyamerupakan gabungan atau kombinasi dari ketiga konfigurasi tersebutdiatas, demikian pula diameter butir yang tidak homogen akan salgatmempengaruhi porositas tanah yang dihasilkan. Butir tanah yang iebihhalus dapat mengisi ruang pori antara butir yang lebih besar, akibatnyatanah tersebut akan mempunyai porositas yang kecil.

Pengaruh {arl tata letak dan wrlali ukuren butir terhadap poto:

[o| .,=O*og"i"f , potosltar 47$4o/o' (b)-Rhombic' porosltas 25'95o/o'

iQ 2 ururan boiii dtug"n susunai ' ortogonal' porosltar 43' 92o/''

Gambar 2.19 Jenis packing yang mempengaruhi porositas'Sumber: Fetter (1988) dengan modifikasi.

Gambar 2.2O memperlihatkan klasifikasi rongga (void) yang menyebabkanporositas, yang ditinjau dari terjadinya rongga tersebut (spitz dan Moreno,

1996). ratet 2.7 memperlihatkan beberapa kisaran nilai porositas

beberapa jenis tanah secara umum (Fetter, 1988 dan Todd, 1979).

Patahan karst gua akibat pelarutan

Porositas akibat patahan dan matriks tanah

Gambat2.2oKlasifikasirongga(void)tanahdanbatuankarang(rock)yang menyebabkan porositas. Sumber: Spitz dan Moreno (1996)

Salah satu hal penting yang perlu diperhatikan adalah adanya kemungkin-an kompaksi atau pemadatan akibat beban dari luar, seperti misalnyabeban d.ari tanah diatasnya. Pada tanah yallg semula berada dalam kOn<trisi

Porositas matriks

Porositas akibat patahan

tergenang oleh air yang jenuh, maka butir tanah akan menerima gayaangkat akibat fluida sebesar berat air yang dipindahkan (hukumArchimedes), bila air tersebut mengering karena pemompaan misalnya,maka gaya angkat tersebut menghilang. Sebagai akibatnya tanah akanmenerima tekanan antarbutir yang lebih besar, dan mengakibatkankompaksi, yang selanjutnya akan berakibat pada penurunan muka tanah(land subsidence).

Tanah liat (clay) dan liat yang mengandung banyak organik dapat mem-punyai porositas yang sangat tinggi. Organik material seringkali tidakberada dalam kondisi "packing" yang padat, karena ketidakteraturanbentuknya, sehingga jarak antara butir atau partikelnya tidak bisa terla_lu"dekat". Pada tanah liat dengan kandungan mineral tertentu yangterdisperse akan timbul efek elektrostatik antarbutir, sehingga ada gayatolak antarbutir atau partikel tersebut, yang mengakibatkan jarak yangrenggang.

Ukuran atau diameter bukaan ayakan di mana 9Oo/o dari semua butirantanah tertahan disebut ukuran efektif Dso. Sedangkan untuk diameterpartikelnya adalah dto (effectiue particle size). Bila angka tersebut 507o,maka disebut ukuran rata-rata partikel, dso. Sedangkan koefisienkeseragannan (uniformity coeffi.cient), lJC, didefinisikan sebagai doo/dro(Bouwer, 1978).

2.7.2 Kelembaban atau kadar airAir dapat mengisi ruang pori, baik sampai memenuhi seluruh rongga atausebagian. Air yang mengisi tanah, seperti telah dibahas dalam bagian 2.2.1dapat berupa air gravitasi atau air higroskopis, disebut sebagai kelembab-an tanah. Bila air memenuhi seluruh rongga, maka disebut jenuh(saturated), sedangkan bila hanya sebagian disebut kondisi tidak jenuh(unsaturated). Kelembaban tanah dapat dihitung berdasarkan persamaanberikut:

Nilai kelembaban volume (0")

0u = volume air/volume total (2.17)

sedangkan nilai kelembaban gravimetri atau kadar air gravimetri (0*)dapat dinyatakan sebagai berikut:

0* = berat airlberat tanah kering (2.18)

Dalam tanah, kadar air tidak jenuh ditemukan pada dZone vadose, yaitudi atas daerah jenuh tempat muka air tanah (piezometic surface).

Tingkat kejenuhan (degree of saturatioru) 0", menunjukkan tingkat peng-isian ruang pori oleh air, yang secara matematis dapat ditulis sebagaiberikut:

0" = volume air/volume rongga (2.te)

Contoh soalDalam suatu survei lapangan diambil sampel tanah dengan menggunakanhgdraulic coing machine, untuk mengetahui porositas tanah pada

kedalaman yang berbeda. Pada kedalaman 10 cm, diperoleh 195 ml tanahdengan berat tanah dan tabung 47O gram. Berat tabung 90 gram. Setelahpemanasan dalam oven dengan temperatur 1050C, selama 3 jam diperolehberat konstan tabung dan tanah 432 grarn. Tabung beserta tanah tersebutkemudian secara perlahan dijenuhkan dengan air. Setelah kondisikonstan, diperoleh berat tanah jenuh dan tabung 475 gram. Bilakejenuhan dianggap looyo, berapa kadar air tanah, bulk density, particledensitg, dan porositas tanah?

JawabanBerat tanah kering = (432 - 90) g = 342 g.

. Bulk densitg tanah (pr,) adalah berat tanah dibagi volume tanah (bulk),yattu 342 g/1.95 ml = 1.75 g/ml. Volume rongga (void) adalah volumeair pada kondisi jenuh. Dengan menganggap berat spesifik air adalah1 gr f crn3, maka volume air dapat dihitung. Berat air pada saat jenuh =495 g - 90 g - 342 g = 63 g, sehingga volume air 63 ml. Dengandemikian volume partikel tanah atau volume padatan (solid matrix)adalah volume sampel dikurangi volume air atau (i95 - 63) ml = 132ml.

o Particle density tanah p, = berat solid matrixf uolume solid matrix =

3a2g1132 ml = 2,59 glm.l.. Porositas dihitung dengan persamaan 2.4, Volume rongga = volume air

jenuh = 63 ml. Porositas = (63 rr'll195 ml) IOOoh = 32,3ok. Bila dihitungdengarr persamaan 2.7, rnaka n = 1 - 1,7512,59 = 0,322, atau 32,2Vo.

. Kadar air tanah. Kadar air tanah dihitung berdasarkan persentasevolume, yaitu persamaan 2.8. Berat tanah sampel (tanah +

kelembaban) - berat sampel kering = (47O * 90)g - 3429 = 38 C. Volumeair dalam sampel asli = 38 ml. Jadi, kandungan air (dalam volume)adalah 38/ 195 = 0, 195, atau 19,5 Yo.

2.8 Permeabilitas tanah dan Hukum Darcy

2.8.1 Hukum Darcy

Permeabilitas tanah merupakan sifat penting dalam kaitannya denganmobilitas air tanah. Untuk mengetahui konsep permeabilitas tersebut perludiketahui suatu konsep aliran yang dirumuskan oleh Henry Darcy (1856).Darcy dalam eksperimennya menemukan hubungan proporsional antaradebit aliran air (Q) yang melalui pasir (homogen) dengan luas penampangaliran (A) dan kehilangan energi (gradien kehilangan energi atau gradienhidrolis),.1 = (hr -hz\lL yang dapat dituliskan sebagai berikut (Bear danVerruijt, i990):

Q=KAJatau

o= KJ. dLa

A(2.2o)

di mana hr - hz = Ah merupakan perbedaan tinggi tekal. pisometrik antaradua titik pada media pasir dengan beda jarak sepanjang L (Gambar 2.21), qadalah fluks aliran (Q/A), m/detik. K adalah koefisien proporsionalitas