GYPSUM BLOCK SEBAGAI ALAT UKUR KADAR AIR TANAH PADA TANAH LEMPUNG

GYPSUM BLOCK SEBAGAI ALAT UKUR KADAR AIR TANAH

PADA TANAH LEMPUNG

 

Yosef C.S. Poernomo

Jurusan Teknik Sipil Universitas Kadiri

Jl. Selomangleng no. 1 Kediri

yos_cs@yahoo.com

 

ABSTRACT

 

The general condition of soil water content fluctuates from saturated, unsaturated to dry. It is caused by rain, environment as well as the type of soil. This makes the soil behaving differently. This research is directed to measure soil water content using a new method.

In this research, gypsum block is used to measure the soil water content in clay. The soil used in this research were non-organic with unsaturated codition. The gypsum blocks worked depending on the ability to absorb water  that could be measured by multymeter. The gypsum blocks were in the form of  cylinder blocks having 3,7 cm high, 2,1 cm in diameter. Two cable tips were inserted into the gypsum block at 1 cm spacing. The test for clay soils were conducted on samples  with volume of about 330 cm³.

Clay of 3% water content had resistance of 800 KΩ and the maximal result of clay  with 21% water content, had 16 KΩ in resistance. Based on these data, correlations of water content in gypsum block and soil water content were found to be nonlinear. The correlations of the resistance of gypsum block in the clay  w = 81,926 (R)^-0,461 with  level of R² = 0,9524.

 

 

Keyword   : gypsum block, soil water content, clay, unsaturated.

 

 

 

 

 

PENDAHULUAN

            Kondisi kadar air dalam tanah dapat berubah–ubah yaitu dari keadaan jenuh, jenuh sebagian maupun kering. Hal ini disebabkan oleh faktor hujan, faktor lingkungan maupun sifat-sifat teknis tanah itu sendiri juga dapat menjadikan kondisi kadar air dalam tanah berbeda perilakunya.

Tanah jenuh sebagian (unsaturated soil) terdiri dari tiga bagian, yaitu butiran tanah (solid), air (liquid) dan udara (gas). Beberapa pekerjaan teknik sipil sering dilaksanakan di atas permukaan air tanah. Kondisi tanah jenuh sebagian (unsaturated soil) adalah kondisi tanah yang berada di atas permukaan air tanah.

 Gypsum block selama ini telah sering digunakan dibidang pertanian untuk mengetahui lengas tanah pada media tumbuh tanaman. Prinsip kerja dari alat ini adalah memanfaatkan sifat hantar listrik dari air. Pada kondisi basah gypsum dapat menyerap air tanah, maka akan mempunyai sifat  hantar listrik.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efektivitas penggunaan gypsum block untuk mengukur kadar air tanah pada tanah granuler dan lempung dalam kondisi tanah jenuh sebagian (unsaturated) yang diuji di laboratorium serta dapat dimanfaatkan dalam lingkungan teknik sipil.

 

TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian mengenai pengujian gypsum block untuk mengukur kadar air dalam tanah, selama ini dilakukan di bidang pertanian pada tanah jenuh sebagian telah dilakukan oleh beberapa peneliti, antara lain :

Skinner dkk, (1997) mengungkapkan 2 jenis gypsum block yang ditelitinya dalam kedalaman 20 cm, 50 cm, 70 cm dan 100 cm, tahan 5 tahun untuk yang terbungkus bahan alkalin dan 2-3 tahun untuk yang tidak terbungkus dalam keadaan tanah normal atau dalam kadar lengas yang stabil. Hasil penelitian ini menunjukkan tegangan lengasnya berkisar antara 60 sampai 600 kPa.

Campbell dan Clause (1998), mengungkapkan 2 jenis gypsum block dan 2 jenis alat ukur yang dapat digunakan dalam 3 posisi kedalaman yang disesuaikan dengan panjang atau kedalaman dari akar tumbuhan yang ditanam, yaitu:  Posisi I: 10 cm - 25 cm; posisi II: 50 cm - 60 cm; posisi III: 90 cm – 200 cm. Penelitian ini menghasilkan hubungan antara lengas tanah dan tekanan hisap gypsum block.

Goodwin (2000), mengungkapkan 2 jenis gypsum block yang didalamnya menggunakan bantuan berupa silinder electroda dan yang lain normal atau menggunakan kabel biasa. Alat ini dapat digunakan dalam kedalaman  A. 30 cm, B. 60 cm, C. 80 cm yang di ukur dengan tensiometer dari kedua gypsum block.

Dela (2001), mengungkapkan jenis gypsum block yang ditutup bagian atasnya sebagai pengaman sensor lengasnya. Kalibrasi alat ini menggunakan CR-10 data logger dengan pembacaan setiap 10 menit dalam 1-2 hari. Grafik hasil dari resapan air dalam gypsum block ini berbeda-beda, tergantung dari jenis tanah.

Werner (2002), mengungkapkan gypsum block yang di teliti telah diukur dengan elektronik digital meter.

Dalam penelitian ini gypsum block akan dicoba untuk menghubungkan kandungan kadar air dalam tanah dengan kandungan kadar air gypsum block.

 

LANDASAN TEORI

Gypsum block adalah sebuah alat sensor untuk pengukuran lengas atau kelembaban tanah  yang selama ini diteliti dan dipakai dalam bidang pertanian. Sebagian besar alat ini dipergunakan untuk memilih jenis tanaman dan mengatur kelengasan atau kelembaban tanah untuk kesuburan tanaman pada lahan yang akan dikerjakan.

            Dalam hubungannya dengan teknik sipil khususnya dalam ilmu geoteknik, gypsum block dapat dikembangkan untuk mengukur kadar air dalam tanah. Selama ini untuk mengetahui kadar air dalam tanah, harus melalui uji laboratorium dengan pengambilan sampel tanah dari lapangan dan memerlukan waktu yang cukup lama. Dengan gypsum block, cara ini dapat dilakukan langsung dilapangan dengan waktu yang relatif singkat, dengan cara langsung menanamkan gypsum block pada tanah yang akan diteliti. 

Gypsum blok terdiri dari sebuah gypsum padat yang sudah di cetak berbentuk silinder dengan kisaran ukuran yang sudah ditentukan. Gypsum block dilengkapi dua electroda dalam hal ini menggunakan kabel yang ditanamkan dalam gypsum block dengan jarak 1 cm (Scinner, 1997) dalam keadaan electroda paralel atau searah, dapat dilihat pada Gambar 1. Kabel  tersebut digunakan sebagai sensor terhadap banyaknya air yang terserap ke dalam gypsum block. Hal ini dapat dibuktikan setelah masing-masing kabel tersebut terhubungkan dengan multymeter, maka akan terlihat hambatan arus listrik yang menandakan adanya kadar air di dalam gypsum block.

 

 

 

Gambar 1.  Pemasangan kabel pada gypsum block

Penggunaan multymeter ini sebagai pengukur tahanan (resistance) atau hambatan yang memerlukan tegangan searah dengan memasangkan tahanan yang diukur secara seri dengan multimeter, maka bila tegangan sumber diketahui arus yang lewat (terbaca) pada multimeter akan berbanding terbalik dengan harga tahanan yang dipasang. Persamaan yang digunakan untuk ini adalah :

                                                                        (1)

dimana :

R    = (resistance) tahanan atau hambatan yang terjadi (Ohm = W)

V    = potensial listrik (Volt = V)

i     = pengukur arus listrik  (Ampere = A)

jika V dinyatakan dalam volt dan i dinyatakan dalam ampere, maka hambatan (R) akan dinyatakan dalam Ohm (W). Arus i adalah sama untuk semua luas penghantar, walaupun luas penampang mungkin berbeda pada titik-titik yang berbeda. (Halliday and Resnik, 1978)

Kadar air dalam gypsum block (w) dapat dihitung dengan perbandingan antara berat air dalam gypsum (W_w) dengan berat kering (W_s) dapat dihitung dengan persamaan :

   x 100                                                          (2)

dimana :

w    = kadar air dalam gypsum (%)

W_w  = berat air dalam gypsum (gr)

W_s  = berat kering gypsum (gr)

 

METODE PENELITIAN

               Pengujian utama ini peneliti akan menguji kadar air tanah menggunakan gypsum block. Ada 2 jenis tanah yang akan di uji yaitu tanah granuler dan lempung. Ada sedikit perbedaan dalam pengujian 2 jenis tanah tersebut yang dapat dilihat pada langkah-langkah pengujian utama ini. Untuk memudahkan penelitian, digunakan tanah dengan kadar air 10 % sebagai acuan awal. Selanjutnya akan diuji dalam berbagai variasi kadar air dalam tanah.

               Langkah-langkah pengujian pada tanah granuler sebagai berikut:

1.      Menyiapkan tanah granuler

2.      Memasukkan tanah kedalam container besar dengan volume berkisar 330 cm³ dapat di lihat pada Gambar 2.

 

                                          7,8 cm

(Tabung) I = p r² t

                                          6,9 cm

 

 

 

Gambar 2.  Container pengujian utama

3.      Tanah dipadatkan sesuai dengan ketentuan dan di timbang

4.      Memasukkan gypsum block yang telah di kaliberasi tepat ditengah-tengah tanah tersebut dan di timbang, dapat dilihat pada Gambar 3.

5.      Diperam dalam desikator

Multimeter

 

 

                              Kabel Uji                    

                              Gypsum block

                              Tabung Uji

 

Gambar 3.  Skema model pengujian utama

6.      Selama pemeraman gypsum block diukur tahanan listriknya dengan multimeter hingga keadaan konstan

7.      Menghubungkan grafik kadar air antara gypsum block dan tanah granuler.

               Kadar air pada gypsum block dalam tanah granuler dapat secara konstan terbaca pada multimeter setelah tanah diperam selama 2 sampai 3 jam. Namun setiap pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini memerlukan waktu 24 jam untuk memastikan kondisi kadar air pada gypsum block dalam keadaan konstan.

               Langkah-langkah pengujian pada tanah lempung sebagai berikut:

1.      Tanah lempung dicetak dalam container besar dengan volume 330 cm³

2.      Tanah dipadatkan sesuai dengan ketentuan dan ditimbang

3.      Memasukkan gypsum block yang telah dikaliberasi tepat ditengah-tengah tanah tersebut dan di timbang

4.      Tanah dikeluarkan dari container, ditimbang dan diperam dalam desikator

5.      Selama pemeraman gypsum block di ukur kadar airnya dengan multymeter hingga keadaan konstan

6.      Setelah keadaan konstan, diadakan penyemprotan pada benda uji yang dimaksudkan untuk menambah kadar air dalam tanah (Gambar 4).

 

 

 

 

Gambar 4.  Penyemprotan benda uji

7.      Ditimbang dan diperam  kembali, selama pemeraman gypsum block diukur kadar airnya hingga keadaan konstan

8.      Menghubungkan grafik kadar air antara gypsum block dan tanah lempung.

               Kadar air pada gypsum block dalam tanah lempung dapat secara konstan terbaca pada multymeter setelah tanah diperam selama 24 sampai 48 jam. Namun setiap pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini memerlukan waktu 72 jam untuk memastikan kondisi kadar air pada gypsum block dalam keadaan konstan.

 

HASIL DAN PEMBAHASAN

 

A.    Hasil Pengujian Properties Tanah

 

1. Sifat–Sifat Fisik Tanah Granuler

Data yang diperlukan untuk keperluan penelitian ini antara lain hasil analisis distribusi ukuran butiran diplotkan kedalam grafik, specific gravity dan pengujian untuk mendapatkan nilai kepadatan tanah. Hasil pengujian dan analisis secara keseluruhan dapat dilihat pada  Tabel 1.

 

Tabel  1  Sifat-sifat fisik pasir Parangtritis, Kabupaten Bantul, Yogyakarta

Parameter	Hasil Uji
Specific gravity Kadar air Kepadatan tanah (gd)   Fraksi gravel Fraksi pasir Fraksi silt/clay	3,12 0,25 % 1,96 gr/cm3 1,13 % 96,99 % 1,88 %

 

2.      Sifat-Sifat Fisik Tanah Lempung

Hasil uji pendahuluan ini antara lain hasil analisis distribusi ukuran butiran diplotkan kedalam grafik, specific gravity dan pengujian untuk mendapatkan nilai sifat fisik dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel  2   Sifat fisik tanah lempung Kedung Sari, Sentolo, Kulonprogo, DIY

Parameter	Hasil Uji
Berat jenis Batas cair (LL) Batas plastis (PL) Indeks plastisitas (PI) Butir lolos saringan No. 200 Pasir Kerikil	2,61 86,47 % 29,73 % 56,74 % 92,30 % 6,86 % 0%

 

                                   

B.     Hasil Pengujian Kadar Air Gypsum Block

Pengujian kadar air gypsum block ini termasuk penelitian pendahuluan yang bertujuan untuk mengetahui variasi kadar air yang mungkin terjadi di dalam gypsum block. Penelitian ini akan dilakukan dalam 2 kelompok yaitu: 4 benda uji (A,B,C,D) digunakan pada tanah granuler dan 7 benda uji (E,F,G,V,W,X,Z) digunakan pada lempung. Masing-masing diuji kadar air 3 kali dan setiap 10 menit diukur tahanan yang terjadi dalam benda uji seperti yang terlihat dalam Gambar 5 dan Gambar 6.

                                       

 

 

 

 

 

 

Gambar 5.  Hasil pengukuran tahanan  pada gypsum A,B,C,D

 

Berdasarkan grafik hubungan pengukuran antara tahanan yang terjadi pada gypsum block A,B,C,D dengan berbagai variasi kadar air (Gambar 5), maka diperoleh suatu persamaan yaitu:

w = 187,81 (R)^-0,8223  dengan tingkat kesesuaian  R² = 0,9758

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 6.  Hasil pengukuran tahanan  pada gypsum E,F,G,V,W,X,Z

Berdasarkan grafik hubungan pengukuran antara tahanan yang terjadi pada gypsum block E,F,G,V,W,X,Z dengan berbagai variasi kadar air (Gambar 6), maka diperoleh suatu persamaan yaitu:

w = 181,72 (R)^-0,7584  dengan tingkat kesesuaian  R² = 0,9661          

 

C.    Hasil Pengujian Kadar Air Tanah

 

1.      Uji kadar air terhadap gypsum block pada tanah granuler

            Sampel tanah granuler yang diuji adalah dengan kadar air sekitar 3%, 5%, 10%, 15%, 20%, diharapkan dapat mewakili semua variasi kadar air tanah. Data yang diambil baik tanah maupun gypsum adalah meliputi berat kering, berat basah, berat air, kadar air dan berat volume. Setelah mendapatkan hasil perbandingan antara kadar air pada tanah granuler dengan kadar air dalam gypsum block dalam 5 kali uji untuk 4 sampel tanah granuler dengan variasi kadar airnya, maka diperoleh hasil uji kadar air pada tanah granuler dengan tahanan yang terjadi pada gypsum block.

            Hasil uji kadar air pada tanah granuler ini, selanjutnya diplotkan pada grafik perbandingan kadar air pada gypsum block dan tanah granuler (Gambar 7) dan memperoleh hasil linier sebagai berikut:                       

 

 

 

 

 

 

Gambar 7.  Perbandingan kadar air pada gypsum block dan tanah granuler

 

Tahanan  yang terjadi pada 4 sampel tanah granuler diplotkan pada grafik yang menghubungkan antara tahanan gypsum block dengan tanah granuler dalam berbagai variasi kadar air (Gambar 8).

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 8.  Hasil pengukuran tahanan  gypsum block pada tanah granuler

 

Berdasarkan grafik hubungan pengukuran antara tahanan gypsum block dengan tanah granuler dalam berbagai variasi kadar air (Gambar 8), maka diperoleh suatu persamaan yaitu:

w = 123,66 (R)^-0,7567  dengan tingkat kesesuaian R² = 0,9686  

 

2.      Uji kadar air terhadap gypsum block pada tanah lempung

Tahanan  yang terjadi pada 7 sampel tanah lempung dengan 5 tahap penambahan air diplotkan pada grafik hubungan antara tahanan gypsum block dengan tanah lempung dalam berbagai variasi kadar air (Gambar 9).

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 9.  Hasil pengukuran tahanan  gypsum block pada tanah lempung

Berdasarkan grafik hubungan pengukuran antara tahanan gypsum block dengan tanah lempung dalam berbagai variasi kadar air (Gambar 9), maka diperoleh suatu persamaan yaitu:

w = 81,926 (R)^-0,461  dengan tingkat kesesuaian R² = 0,9524

 

 

KESIMPULAN

Kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1.      Gypsum block dapat digunakan untuk mengukur kadar air tanah yang harus dikaliberasi di laboratorium untuk  tanah granuler dan lempung jenuh sebagian (unsaturated).

2.      Setiap gypsum block dikaliberasi masing-masing dengan kadar air dari maksimal menuju kering dan dapat di lihat pada multymeter.

3.      Pengujian kadar air tanah yang telah dilakukan pada tanah granuler adalah 3% sampai 20% air dan pada tanah lempung 3% sampai 25% dengan bantuan gypsum block silinder berukuran tinggi = 3,7 cm, diameter = 2,1 cm di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.

4.      Hasil pengujian pada tanah granuler dengan kadar air 3% menunjukan hambatan 165 KW dengan kadar air dalam gypsum block 10% dan hasil maksimal pada tanah granuler dengan kadar air 20% menunjukan hambatan 13 KW dengan kadar air dalam gypsum block 61%.

5.      Hasil pengujian pada tanah lempung dengan kadar air 3% menunjukan hambatan 800 KW dan hasil maksimal pada tanah lempung dengan kadar air 21% menunjukan hambatan 16 KW.

6.      Hasil kaliberasi tahanan  2 kelompok gypsum block adalah:

      Kelompok I  : w = 187,81 (R)^-0,8223 dengan tingkat kesesuaian R² = 0,9758       

      Kelompok II : w = 181,72 (R)^-0,7584 dengan tingkat kesesuaian R² = 0,9661      

7.      Hasil kesesuaian tahanan  gypsum block pada kedua jenis tanah adalah:

      Tanah granuler: w = 123,66 (R)^-0,7567 dengan tingkat kesesuaian R² = 0,9686  

      Tanah lempung: w = 81,926 (R)^-0,461 dengan tingkat kesesuaian R² = 0,9524 

8.      Pada tanah lempung setelah penambahan kadar air yang kelima sebagian sampel tanah sudah mulai rusak, tidak dapat memberikan hasil maksimal.

9.      Waktu yang dibutuhkan gypsum block untuk mendapatkan tahanan  hingga angka yang konstan pada tanah granuler sekitar 3 jam, namun untuk memastikan keadaan konstan, memerlukan waktu tunggu sampai 24 jam. Waktu yang dibutuhkan gypsum block untuk mendapatkan tahanan  hingga angka yang konstan pada tanah lempung sekitar 48 jam, namun untuk memastikan keadaan konstan, memerlukan waktu tunggu sampai 72 jam.

 

 

SARAN

Saran yang dapat diberikan untuk penelitian lanjutan adalah:

1.      Modifikasi alat uji dalam hal ini adalah gypsum block terhadap tanah jenuh sebagian dapat dikembangkan pada alat uji lainnya.

2.      Pengujian dapat dikembangkan dengan pengukuran kadar air gypsum block dan kadar air dalam tanah secara tersendiri pada kapasitas yang lebih besar.

3.      Gypsum block sangat mungkin dikembangkan untuk menguji suatu kondisi tanah dengan perbedaan suhu terhadap kadar air dalam tanah.

 

 

Daftar Pustaka

ASTM, 2003, Annual Book of ASTM standards Section 4 Volume 04.08 Soil and Rock (I): D 420 – D 5611.

Atkinson J.H. and Bransby P.L., 1978, The Mechanics of Soil, McGraw-Hill Book Company, England.

Campbell, J.M. and Clause, 1998, Using Gypsum Block For Measure Soil Moisture In Vineyards  www.mea.com.au  22 Juni 2005.

Combe, E.C., 1992, Notes On Dental Materials, Sixth Edition, Longman Group UK Limited, New York.

Dela, B.F., 2001, Measurement Of Soil Moisture Using Gypsum Block, www.by-og-byg.dk.com 25 Januari 2007.

Dunnicliff, J., and Green, G.E., 1993, Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance, John Wiley and Sons, Inc., New York.

Fredlund, D.G. and Rahardjo, H., 1993, Soil Mechanics for Unsaturated Soils, John Wiley and Sons, Inc., New York.

Goodwin, I., 2000, Gypsum Block for Measuring The Dryness of Soil, www.dpi.vic.gov.au.com 18 Juni 2005.

Hardiyatmo, H.C., 2002, Teknik Fondasi I, Edisi Kedua, Beta Offset, Yogyakarta.

Hardiyatmo, H.C., 2002, Mekanika Tanah I, Edisi Ketiga, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

Halliday, D. and Resnik, R., 1978, Physics, John Wiley and Sons, Pittsburgh.

Holtz, R.D. and  Kovacs, W.D., 1981, An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice Hall, Inc., New Jersey

Lambe, T.W., 1951, Soil Testing  for Engineers, John Wiley & Sons, New York.

Microsoft Encarta Encyclopedia Standard 2004, version 13.0.0.0531, 2004,  Microsoft Corporation, encwish@microsoft.com  12 Agustus 2006.

Rifa’i, A., 2002, Mechanical Testing and Modelling of An Unsaturated  Silt, With Engineering Applications, Ph.D. Disertation, EPFL Lausanne, Switzerland.

Skinner, A., Hignett, C. and Dearden, J.,(1997), Resurrecting The Gypsum Block for Soil Moisture Measurement  www.mea.com.au 22 Juni 2005.

Werner, H., 2002, Measuring Soil Moisture for Irrigation Water Management, www.agbiopubs.sdstate.edu/articles/FS876.pdf  25 Januari 2007.

 

 

 

 

 

 

1.     Fakultas Teknik Universitas Kadiri Kediri