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
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
Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016 – Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8
Bidang Keairan & Lingkungan 235
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
Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016 – Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8
Bidang Keairan & Lingkungan 236
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)
Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016 – Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8
Bidang Keairan & Lingkungan 237
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
Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016 – Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8
Bidang Keairan & Lingkungan 238
(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
Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016 – Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8
Bidang Keairan & Lingkungan 239
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)
Prosiding Seminar Nasional II Teknik Sipil 2016 – Universitas Narotama ISBN : 978-602-72437-9-8
Bidang Keairan & Lingkungan 240
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)