View
241
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
1/19
BAB III
AIR TANAH DAN PERMEABILITAS
1. PERMEABILITAS TANAH
Seperti disebutkan pada rangkaian ceramah kuliah sebelumnya, kekosongan
pada tanah dihubungkan dengan kekosongan lainnya.
Pada kenyataannya, mustahil untuk satu kumpulan lapisan untuk tidak
mempunyai hubungan , tanpa tergantung dengan jenisnya. Dengan tidak
sengaja, ini berlaku untuk tanah kasar, dan elektron mikroskop telah
memperlihatkan bahwa ini juga dapat terjadi untuk tanah berbutir halus.
Seperti yang telah anda pelajari di Rekayasa Air II., ada tiga proses alam, atau
heads, yang memberikan daya bagi air untuk mengalir. Mereka adalah:
pressure head (=p /),yaitu hasil dari satu perbedaan tekanan;velocity
head(=v2/ 2g)yaitu energi kinetik, danelevation head(= z )yaitu energi
potensial.Headsadalahbesaran panjang, biasanya dalam satuan meter.
Persamaan Heads Total:
dimana:padalah tekanan air;vadalah percepatan air; danz. adalah
elevasi.
Ketika aliran air melalui tanah dengan sangat lambat, percepatannya relative
sangat kecil terhadap elevasi dan tekanan, dan sesudah itu terabaikan.
Jika kekuatan total di titik, A, lebih tinggi dibandingkan kekuatan total di titik
B, dan tersedia suatu alur maka air akan mengalir titik A ke titik B.
Pada 1850an ahli fisika Perancis, Henri d. Arcy (atau Darcy), membuat satu
percobaan klasik, menggunakan peralatan yang hampir sama dengan yang
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
2/19
terlihat di Figur 1.1.
Beliau menempatkan satu contoh tanah dari area bersekat-sekat salib, A, dan
panjang, l, pada satu tabung sempit dengan buka ujung. Satu reservoir air
ditempatkan di salah satu ujung dan satu saluran di ujung yang lain. Dengan
mengukur jumlah air yang mengalir melalui pipa alir, Darcy mampu untuk
mengembangkan suatu hubungan yang dikenal sebagai
Hukum Darcy, yang diperlihatkan pada persamaan (1. 2 ).
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
3/19
(1. 2 )
dimana:Q laju aliran air, umumnya dalam satuan m3/ s ;
k koefisien permeabilitas tanah, biasanya dalam satuan m/ s, cm /
s,
m/ hari.
i gradien hidrolik =h / l,yaitu rasio dari perubahan total dibagi
panjang tanah ;
A Suatu area bersekat-sekat salib dari contoh tanah yang tegaklurus
arah aliran.
Menurut definisi, Q = vA, dimana v adalah percepatan air, maka Hukum
Darcy dapat
pula ditulis sebagai:
(1. 3 )
Pada kasus aliran air melalui tanah, v adalah suatupercepatan nyata, sebab
air harus mengalir cukup panjang dan tergulung pada suatu percepatan
nyata yang sedikit banyak lebih besar dibandingkan v.
Koefisien permeabilitas,k, ataupermeability, bergantung pada jenis tanah,,
ukuran butiran tanah, dan derajat kepadatan tanah maupun kekentalan air.
Tabel 1.1 menunjukkan beberapa nilai untuk konstanta, k.
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
4/19
Hukum Darcy, seperti terungkap pada persamaan (1. 2 ), memiliki dua
pembatasan penting:
i. Hukum Darcy mengasumsikan bahwa aliran air melalui tanah secara
berlapis, pada keadaan permeabilitas yang tinggi, misalnya pada pasirpantai kasar dan kerikil, percepatan aliran dapat cukup tinggi,
menggerakkan aliran turbulensi . Dalam hal ini, v secara langsung
sebanding dengan i.
ii. Di tanah berbutir halus, air terikat ke lapisan pelindung aliran partikel
tanah. Ini menghasilkan suatu permulaani, di bawah aliran yang tidak
mengalir.
Contoh 1.1
Satu test permeabilitas dilakukan pada suatu contoh pasir seperti terlihat di
Figur 1.2. Diameter contoh tersebut adalah 75 mm dan panjangnya 150 mm
dan laju aliran rata-rata adalah 296 x 10- 6m3/ s. Tentukan koefisien
permeabilitas dari pasir.
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
5/19
2. PENGUKURAN KOEFISIEN PERMEABILITAS
Koefisien permeabilitas tanah dapat ditentukan melalui eksperimen dua
test prosedur umum:constant head testdanfalling head test.. Constant
head test
dipergunakan untuk tanah kasar, sedangkan falling head test dipergunakanuntuk tanah berbutir halus.
2.1 Constant Head Test
Susunan percobaan untuk Constant head test diperlihatkan di Figur 2.1 (a ).
Contoh tanah, dengan kepadatan sesuai, dimasukkan pada satu sel silindris
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
6/19
pada area bersekat-sekat salib, A. Di masing-masing ujung dari contoh tanah
dberikan satu batu saring dan kertas saring untuk memastikan bahwa tanah
tidak diikis oleh aliran air. Jumlah aliran vertikal dari air di bawah konstanta
total kekuatan, diatur sehingga melalui tanah dan
volume dari alir an air per waktu unit,Q, diukur. Piezometers pada sisi dari sel
memudahkan
gradien hidrolik,i, untuk diukur.
Koefisien dari permeabilitas ditentukan dengan menggunakan Hukum Darcy
(Persamaan (1. 2 )).
2.2 Falling head test
Susunan percobaan untuk falling head test diperlihatkan padai Figur 2.1 (b ).
Tanah, biasanya yang berbutir halus dan tak terganggu, ditempatkan pada
satu sel yang serupa dengan sel untuk constant head test . Air dialirkan kedalam satu reservoir dengan level yang tetap. Pipa hidran pada area internal
bersekat-sekat salib, a, diisi dengan air dan dilakukan pengukuran dengan
waktu, t, untuk penurunan permukaan air dari ho ke h1.
Air pada pipa hidran menentukan kekuatan dan volume dari aliran. Koefisien
dari permeabilitas, k, dapat dihitung dengan persamaan (2. 1 ).
(2. 1 )
asal usul dari persamaan ini diperlihatkan padaCraig, 2.2.
pada kedua test uji coba, constant head test dan falling head test, sampel
tanah sepenuhnya adalah pengendali test. Gelembung udara terjerat di antara
partikel tanah menghalangi aliran dari air. Lagipula, di kedua test,
penghargaan harus diberikan kepada daya tahan dari sel dan hubunganantar partikel. Hal ini dicapai dengan suatu test permeabilitas dengan tidak
ada spesimen pada sel.
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
7/19
2.3 Test Pemompaan Sumur
Teknik yang dideskripsikan di atas, dengan prosedur laboratori yang
menggunakan satu contoh kecil dari tanah, mempunyai kesamaan seperti
prosedur pada tanah situ. Satu cara untuk menghitung permeabilitas tanah
pada bidang adalah well pumping test, seperti terlihat di Figur 2.2.
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
8/19
Cara pemompaan berkelanjutan dari suatu sumur yang menembus ke alas
dari lapisan
daya tarik, dan pengamatan permukaan air pada sejumlah observasi lubang
galian berdekatan. Dengan mengukur laju aliran, Q, penurunan ketinggian, h1
dan h2, dan jarak lubang galian dari sumur pusat, r1 dan r2, koefisien
permeabilitas, k, dari lapisan dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan (2. 2 ).
(2. 2 )
2.4 Rumus Hazen
Hazen (1911) mengajukan suatu persamaan empiris yang berhubungan
dengan koefisien permeabilitas tehadap ukuran efektif butirian, D10 yang
ditunjukkan melalui persamaan (2. 3 ).
(2. 3 )
dimana:
k givendalam satuan cm / s,
C adalah suatu tetapan antara 0.4 dan 1.2, dengan rata-rata
adalah 1,
D10 adalah ukuran dari butiran tanah dalam satuan mm,
sesuai dengan 10% hantaran.
Hubungan ini sah hanya untuk k 10- 3
cm / s dan harus dipergunakansebagai satu perkiraan.
3. PENGARUH DARI REMBESAN PADA PENEKANAN EFEKTIF
Aliran air melalui tanah yang membutuhkan tenaga disebutseepage forces
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
9/19
pada setiap butiran tanah.
Seepage forcesini memengaruhi intergranular atau penekanan efektif pada
kumpulan tanah.
3.1 Tidak Ada Aliran
Perhatikan piranti yang ada di Figur 3.1. Permukaan air pada kedua sisi
piranti terletak pada tingkat level yang sama, oleh sebab itu maka tidak
terjadi aliran.
Pada suatu kedalaman, z, di bawah permukaan tanah, tekanan total, sv,
sebanding dengan:
dan tekanan permukaan, u, sebanding dengan:
Kemudian, tekanan efektif sebanding dengan:
Sehingga:
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
10/19
(3. 1 )
3.2 Aliran Naik
Sekarang, biar kami menunjukkan perbedaan pada ketinggian, h, sehingga
terlihat suatu aliran naik dari air melalui tanah seperti terlihat di Figur 3.2.
Mari kita menghitung jarak total di titik A dan B.
Pada titik A :
Jarak Elevasi =l + zB
Jarak Penekanan =H
Jarak Total =H + l + zB
Jarak total pada titik B memiliki nilai yang sama dengan jarak total di titik C.
Pada titik B:
Jarak Elevasi =zB
Jarak Penekanan =h + H + l
Jarak Total =h + H + l + zB
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
11/19
Secara keseluruhan perbedaan jarak antara titik A dan titik B adalahh,dan
gradien hidrolik adalahh / l,seperti sebelumnya.
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
12/19
Menurut definisi, jika h bernilai positif, maka aliran adalah naik; jika h
bernilai nol, maka tidak ada aliran, dan jika h bernilai negatif, maka aliran
mengarah ke bawah.
Perbedaan ketinggian ini, h, berkurang secara linear dengan memberi jarakmelalui tanah, seperti terlihat pada level air pada piezometers di Figur 3.2.
Dengan demikian,seepage headini, yang diumpamakan sebagai kerugian
dalam persamaan Bernoulli diperinci dalam matakuliah Rekayasa Air II.,
dibedakan dari nol, pada permukaan tanah, hingga hpada dasar tanah. Ini
diperlihatkan pada distribusi tekanan di Figur 3.2.
Dengan demikian, di beberapa kedalaman, z, di bawah permukaan tanah,
tekanan lubang galian sama dengan:
Akibat dari aliran naik adalah untukmeningkatkankemampuan mengapung
"akibat" air, masazh/l,adalah jarak rembesan, yang merupakan zat
tambahan untuk masa tekanan lubang galianstatic,(H + z.) w.
Sebab tekanan total, v, adalah tetap dengan maupun tanpa aliran air ,
tekanan efektif
v, untuk kasus aliran naik dapat men jadi:
Oleh sebab itu
(3. 2 )
Dengan catatan, jikah =0 berarti tidak ada aliran, Persamaan (3. 2 )
merupakan turunan dari persamaan umum tekanan efektif, yaitu persamaan
(3. 1 ).
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
13/19
3.3 Aliran Mengarah Ke Bawah
Sekarang, mari kita mengenal suatu perbedaan negatif dalam jarak, h,
sehingga yang terjadi adalah sebuah aliran air mengarah ke bawah melalui
tanah seperti terlihat di Figur 3.3.
Dalam hal ini aliran air yang mengarah ke bawah menyebabkan kekuatan
rembesan bergerak ke arah yang berlawanan dengan kekuatan untukmengapung, sehingga, desakan pada pori-pori dapat dikurangi dengan jarak
rembesan. Tekanan permukaan, u, untuk aliran air mengarah ke bawah
tanah,dirumuskan:
Akibat penurunan tekanan permukaan, terjadi peningkatan tekanan efektif
dengan jumlah yang sama, seperti diperlihatkan pada Figur 3.3.
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
14/19
(3. 3 )
Hal ini dapat dilihat dari adanya kesaamaan dengan persamaan (3. 2 ), kecuali
bahwa tanda dari masazh / ltelah berubah nilainya dari positif menjadi
negative.
4. KONDISI DARURAT DAN GRADIEN HIDROLIK
Berdasarkan figure 3.2, jika perbedaan jarak, h, adalah cukup besar, maka
tekanan efektif pada B dapat dianggap sebagai nol. Hal ini dikenal sebagai
quick condition atauliquefaction, dan ketika hal ini mengarah pada pasir,
maka disebut masaquick sand. Hal ini seharusnya dijelaskan dibagian
terdahulu, bahwa suatu kondisi cepat hanya dapat terjadi
akibat suatu aliran air naik.
Dengan referensi dari persamaan (3. 2 ), mari kita menghitung ukuran gradienhidrolik dalam pembentukan suatu quick condition dengan menyetel .
Dengan demikian, ketika gradien hidrolik menjangkau gradien kritis, ic,
pencairan akan terjadi. quick condition hanya terjadi pada keadaan lemah,
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
15/19
pada tanah dengan permeabilitas yang sangat tinggi seperti pada pasir pantai.
Sebagai catatan bahwa aliran naik diperlukan untuk menghasilkan pencairan
dan memerlukan kondisi asas khusus, seperti terlihat pada Figur
4.1.
Pencairan juga dapat terjadi akibat suatu gempa. Daerah dengan percepatan
horizontal yang terhubung dengan getaran gempa, menyebabkan partikel
butiran tanah bergerak secara relative satu dengan yang lainnya, sehingga
menghasilkan suatu tekanan efektif yang dapat dianggap nol, sehingga pada
gilirannya menyebabkan robohnya pondasi. Figure 4.2 menunjukkan hasil
dari suatu gempa pada1964 di Niigata, Jepang. bangunan apartemen tersebut
roboh akibat pencairan pasir.
Pada perlakuan aliran air melalui tanah ini , kami menguji hanya kasus
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
16/19
dimensionanya saja.
Dua aliran dimensional akan diperleh di Teknik Rekayasa Geotechnical III..
Geotech2_LS4_Permeability. doc
@2002, M. B. Jaksa
UNIVERSITAS DARI ADELAIDE
SEKOLAH PERDATA DAN RANCANG-BANGUN LINGKUNGAN
GEOTECHNICAL MEREKAYASA II. (C & ENVENG 2006)
M. B. Jaksa
Masalah MENYETEL No. 4
ALIRAN DARI AIR MELALUI TANAH
1.Untuk aliran air tegak lurus melalui satu sarana lapisan, seperti terlihat
di Figur 1, di bawah, memperlihatkan persamaan permeabilitas total,k,
sebanding dengan:
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
17/19
2.pengembangan satu hubungan persamaan gradien hidrolik,ic, sebagai
satu fungsi dari spesifikasi daya berat dari padat,Gs, dan rasio
kekosongan,e, dari tanah.
3.Pembangunan dermaga pada satu muara sungai memerlukan sebuah
konstruksi cofferdam dari tumpukan lembaran-lembaran sebagai akses
ke katil sungai, seperti terlihat di Figur 2.
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
18/19
(a ) suatu tes jarak jatuh dilakukan pada silty sand dimana sampel diambil
dari katil sungai. Dimulai dari tingkat 1000 mm hingga 285 mm pada 54 detik
dengan suatu pipa hidran dengan diameter internal 5 mm. panjang contoh
tanah adalah 200 mm dan diameternya 100 mm. Hitung koefisien
permeabilitas dari pasir silty.
(b ) tekanan permukaan transducers diinstal di lokasi A dan B, seperti
terlihat di Figur 2,
Daftar tekanan air dari 53 dan 88 kPa berturut-turut. Catat bahwa tekanan
transducers hanya mengukur tekanan permukaan , bukan jarak totalnya.
Pasir silty mempunyai
rasio kekosongan dari 0.48 dan Gs= 2.70.
i. hitung perpindahan air per meter menuruni cofferdam.
ii. Apakah pencairan mungkin untuk terjadi?
iii. Hitung tekanan efektif di A.
iv. Berapa banyak tanah yang harus disingkirkan dari katil sungai pada
cofferdam untuk memungkinkan terjadinya pencairan?
7/25/2019 BAB III. Air Tanah Dan Permeabilitas
19/19
4.MempergunakanCATIGE for windowsprogram FallingW:
(a ) tentukan permeabilitas dari pasir Beta (tanah #2), dan;
(b ) tentukan permeabilitas dari lempung Lambda (tanah #4) menggunakan
tekanan balik 200 kPa.
Set4.doc Geotech2_Problem
@2003, M. B. Jaksa
Recommended