18
Laboratorium Mekanika Tanah Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik Universitas Indonesia 1 Permeability NAMA PRAKTIKUM : Evi Oktafiana 1406642870 Oby Robini 1406642993 Muwattha Malik 1406642920 KELOMPOK : P12 TANGGAL PRAKTIKUM : JUDUL PRAKTIKUM : Permeabilitas ASISTEN : Azzah Balqis Sabbah PARAF DAN NILAI : I. PENDAHULUAN A. Standart Acuan & Referensi - ASTM D 2434 "Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head)" - AASHTO T 215 "Standard Method of Test for Permeability of Granular Soil (Constant Head)" B. Maksud dan Tujuan Percobaan Mencari nilai permeabilitas k dari suatu sampel tanah. C. Alat-alat dan Bahan a. Alat Mould permeability Gelas ukur Penggaris Jangka sorong Stopwatch Timbangan dengan ketelitian 0.1 gram Alat Constant Head Test Tamper b. Bahan Tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ± 2 kg

P12 Permeabilitas

Embed Size (px)

DESCRIPTION

hghffgf

Citation preview

Page 1: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

1

Permeability

NAMA PRAKTIKUM : Evi Oktafiana 1406642870

Oby Robini 1406642993

Muwattha Malik 1406642920

KELOMPOK : P12

TANGGAL PRAKTIKUM :

JUDUL PRAKTIKUM : Permeabilitas

ASISTEN : Azzah Balqis Sabbah

PARAF DAN NILAI :

I. PENDAHULUAN

A. Standart Acuan & Referensi

- ASTM D 2434 "Standard Test Method for Permeability of Granular Soils

(Constant Head)"

- AASHTO T 215 "Standard Method of Test for Permeability of Granular

Soil (Constant Head)"

B. Maksud dan Tujuan Percobaan

Mencari nilai permeabilitas k dari suatu sampel tanah.

C. Alat-alat dan Bahan

a. Alat

Mould permeability

Gelas ukur

Penggaris

Jangka sorong

Stopwatch

Timbangan dengan ketelitian 0.1 gram

Alat Constant Head Test

Tamper

b. Bahan

Tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ± 2 kg

Page 2: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

2

Permeability

Pasir

Air

Gambar 7.1 Peralatan praktikum permeability: a) Alat constant head test ; b) penggaris; c) Mould

Permeability; d) Jangka Sorong; e) Tamper; f) Gelas ukur

D. Teori dan Rumus yang Digunakan

Debit air yang mengalir q melalui tanah pada suatu cross-section area A

adalah proporsional terhadap gradien i yaitu :

(7.1)

Koefisien k disebut sebagai “koefisien permeabilitas” Darcy atau “koefisien

permeabilitas” atau “permeabilitas tanah”. Sehingga dengan begitu,

permeabilitas adalah properti tanah yang menunjukkan kemampuan tanah

untuk meloloskan air melalui partikel-partikelnya. Permeabilitas dapat

Page 3: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

3

Permeability

digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan

seepage (rembesan) di bawah bendungan, disipasi air akibat pembebanan

tanah, dan drainase dari lapisan subgrade, bendungan, atau timbunan. Selain

itu tegangan efektif yang diperlukan dalam perhitungan masalah-masalah di

atas juga secara tidak langsung berkaitan dengan permeabilitas. Permeabilitas

tergantung oleh beberapa faktor. Yang utama adalah sebagai berikut :

1. Ukuran butiran. Secara proporsional, ukuran pori berhubungan dengan

ukuran partikel tanah.

2. Properti aliran pori. Untuk air adalah viskositasnya, yang akan berubah

akibat dipengaruhi perubahan temperatur.

3. Void ratio

4. Bentuk dan susunan pori-pori tanah

5. Derajat saturasi. Kenaikan derajat saturasi pada tanah akan menyebabkan

kenaikan nilai permeabilitas.

Setidaknya ada empat metode di laboratorium untuk mencari nilai

permeabilitas tanah, yaitu metode Capillarity Head Test, korelasi data

konsolidasi untuk menghitung permeabilitas, Variable Head Test, dan

Constant Head Test. Constant Head umumnya lebih sering digunakan pada

tanah cohesionless daripada Variable Head karena instrumen yang lebih

sederhana.

Metode Constant Head Test

Metode ini hanya digunakan pada tanah dengan permeabilitas tinggi. Oleh

karena itu, pada percobaan yang akan dilakukan perlu ditambahkan pasir

untuk memodifikasi permeabilitas tanah lempung yang sangat kecil. Prinsip

pada percobaan ini dapat dilihat pada gambar.

Page 4: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

4

Permeability

Gambar 7.2 Susunan alat Constant Head Permeability Test

Penentuan nilai k dilakukan dengan cara mengukur penurunan tinggi muka air selama

periode waktu tertentu dan pada saat ini tegangan air menjadi tidak tetap sehingga

rumus Darcy dapat digunakan. Misalnya pada ketinggian air (h), penurunan (dh) akan

membutuhkan waktu (dt), maka koefisien permeabilitas dapat diturunkan dari rumus

Darcy sehingga menjadi:

(7.2)

Page 5: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

5

Permeability

dengan:

k = koefisien permeability

A = luas sample tanah

t = selang waktu

L = tinggi sampel tanah

Apabila air yang melalui sampel tanah sedikit seperti pada sampel tanah lempung

murni dimana nilai k sangat kecil, maka metode ini tidak efektif lagi digunakan untuk

mengukur nilai k. Sehingga akan lebih baik menggunakan cara yang kedua, yaitu

metode Variable Head.

Metode Variable Head Test

Gambar 7.3 Susunan alat Variable Head Permeability Test

Page 6: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

6

Permeability

Jumlah air yang mengalir pada standpipe dalam waktu tertentu adalah:

Dengan :

a = luas cross-sectionstandpipe

dh/dt = penurunan muka air

sedangkan jumlah air yang merembes melalui tanah dalam waktu tertentu pada

permeameter adalah:

Lalu dengan menyamakan jumlah air yang masuk = jumlah air yang keluar

(7.3)

Dengan:

a= luas cross-section standpipe

L= panjang sampel didalam permeameter

A= luas cross-section permeameter

t = jumlah waktu pada waktu pengukuran

h0, h1= tinggi head (lihat gambar 7.2)

Koefisien permeabilitas pada suhu kamar (TºC) adalah KT sedangkan untuk suhu

standar (20ºC) perlu dikonversi menjadi:

Page 7: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

7

Permeability

K20 = KT( ηT / η20 ) (7.4)

dimana:

ηT = viskositas cairan pada temperatur T°C.

η20 = viskositas cairan pada temperatur 20°C.

Perbandingan viskositas dapat dilihat pada gambar 7.3 dibawah ini (tabel koreksi

viskositas cairan).

Gambar 7.4 Grafik ηT /η20 (data International Critical Tables, Vol. V)

Temperatur ˚C

Page 8: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

8

Permeability

Menurut Tabel Koefisien Permeabilitas BS 8004: 1986, nilai-nilai permeabilitas

untuk berbagai jenis tanah pada suhu standar (20˚C) adalah sebagai berikut:

Tabel 7.1 Koefisien permeabilitas (m/s) (BS 8004: 1986)

Menurut Cassagrande pada tahun 1938, nilai-nilai permeability untuk berbagai jenis

tanah pada suhu standar (20˚C) adalah sebagai berikut:

Tabel 7.2 Koefisien permeabilitas menurut Cassagrande

Menurut Wesley pada suhu standar (20˚C):

Tabel 7.3 Koefisien permeabilitas menurut Wesley

I. PRAKTIKUM

A. Persiapan Praktikum

1. Siapkan tanah kering yang lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ±2 kg,

dan pasir sebanyak 2 kg.

2. Siapkan mould permeability, kemudian catat data diameter, tinggi, serta

berat mould.

Page 9: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

9

Permeability

3. Campur tanah dengan pasir dengan perbandingan tertentu (tanah:pasir =

1:1 / 2:1 / 1:2 / 1:3) sehingga terdapat 4 sampel campuran tanah dan pasir,

kemudian aduk sampai rata.

4. Kemudian masukkan campuran tanah dan pasir untuk setiap masing-

masing perbandingan tersebut ke dalam mould hingga padat dan

perhatikan filter pada bagian atas dan dasar mould agar harus selalu

terpasang.

5. Tutup mould dan letakkan pada alat permeability.

B. Jalannya Praktikum

1. Percobaan yang dilakukan adalah Constant Head Test, pertama-tama

alirkan air melalui selang, naik ke reservoir di atas kemudian masuk ke

mould permeability hingga seluruh tanah di dalam mould jenuh sempurna.

2. Keluarkan udara yang berada pada alat permeability hingga benar-benar

tidak ada lagi udara yang tersisa di dalam. Hal ini dapat dilakukan dengan

cara membuka sedikit baut untuk mengeluarkan gelembung udara.

3. Usahakan untuk menstabilkan tinggi air yang berada di reservoir dan jaga

agar tidak terjadi gelombang.

4. Mengukur tinggi muka air dan reservoir ke mould (h).

5. Perhatikan air yang keluar dari mould hingga tidak terjadi perubahan

(konstan).

6. Setelah konstan, tampung air limpahan tersebut ke dalam gelas ukur

sambil dicatat waktu menggunakan stopwatch.

II. PENGOLAHAN DATA

A. Data Hasil Praktikum

Sampel 1 :

Volume air tertampung (V) = 18 ml = 0,000018 m3 (dalam 60 detik)

Diameter Mold (D) = 76,017 mm = 0,076 m

Wtanah = 750 gr

Page 10: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

10

Permeability

Wpasir = 750 gr

Tinggi sampel (L) = 22,5 cm= 0,225 m

Luas (A) = D x L = 0,076 m x 0,225 m = 0,0171 m2

Tinggi constant head (h) = 108 cm = 1,08 m

Sampel 2 :

Volume air tertampung (V) = 34,33 ml = 0,00003433 m3 (dalam 60 detik)

Diameter Mold (D) = 75,87 mm = 0,07587 m

Wtanah = 1000 gr

Wpasir = 500 gr

Tinggi sampel (L) = 22,5 cm = 0,225 m

Luas (A) = D x L = 0,07587 m x 0,225 m = 0,0171 m2

Tinggi constant head (h) = 107 cm = 1,07 m

Sampel 3 :

Volume air tertampung (V) = 72,33 ml = 0,00007233 m3 (dalam 60 detik)

Diameter Mold (D) = 75,78 mm = 0,07578 m

Wtanah = 500 gr

Wpasir = 1000 gr

Tinggi sampel (L) = 22 cm = 0,22 m

Luas (A) = D x L = 0,07578 m x 0,22 m = 0,0167 m2

Tinggi constant head (h) = 107,5 cm = 1,075 m

Sampel 4 :

Volume air tertampung (V) = 53 ml = 0,000053 m3 (dalam 60 detik)

Diameter Mold (D) = 75,59 mm = 0,07559 m

Wtanah = 300 gr

Wpasir = 900 gr

Tinggi sampel (L) = 22,5 cm = 0,225 m

Luas (A) = D x L = 0,07559 m x 0,225 m = 0,017 m2

Page 11: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

11

Permeability

Tinggi constant head (h) = 106 cm = 1,06 m

B. Perhitungan

Sampel 1

Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 29oC )

K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )

K30 = ( 0,000018 x 0,225 ) / (0,0171 x 1,08 x 602)

= 6,092 x 10-8

m/s

sehingga untuk suhu standar (20oC)

K20 = K29 (η29 / η20) ; η29 / η20 = 0,8145

K20 = 6,092 x 10-8

(0,8145)

= 4,962 x 10-8

m/s

Keterangan:

V = volume air yang tertampung

L = tinggi sampel

A = luas sampel

h = tinggi konstan

t = waktu

Sampel 2

Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 30oC )

K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )

K30 = ( 0,00003433 x 0,225 ) / (0,0171 x 1,07 x 602)

= 1,173x 10-7

m/s

sehingga untuk suhu standar (20oC)

K20 = K30 (η30 / η20) ; η30 / η20 = 0,7964

K20 = 1,173x 10-7

(0,7964)

= 9,342 x 10-8

m/s

Page 12: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

12

Permeability

Sampel 3

Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 30oC )

K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )

K30 = ( 0,00007233 x 0,22 ) / (0,0167 x 1,075 x 602)

= 2,462 x 10-7

m/s

sehingga untuk suhu standar (20oC)

K20 = K30 (η30 / η20) ; η30 / η20 = 0,7964

K20 = 2,462 x 10-7

(0,7964)

= 1,961 x 10-7

m/s

Sampel 4

Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 30oC )

K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )

K30 = ( 0,000053 x 0,225 ) / (0,017 x 1,06 x 602)

= 1,838 x 10-7

m/s

sehingga untuk suhu standar (20oC)

K20 = K30 (η30 / η20) ; η30 / η20 = 0,7964

K20 = 1,838 x 10-7

(0,7964)

= 1,464 x 10-7

m/s

Nilai-nilai k yang didapat kemudian dirangkum pada sebuah tabel di bawah

ini:

Tabel 4. Hasil

K20 (m/s)

K29 (m/s) 6,092 x 10-8

4,962 x 10-8

K30 (m/s) 1,173x 10-7

9,342 x 10-8

K30 (m/s) 2,462 x 10-7

1,961 x 10-7

K30 (m/s) 1,838 x 10-7

1,464 x 10-7

Page 13: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

13

Permeability

III. ANALISA

A. Analisa Percobaan

Praktikum Permeability ini bertujuan untuk mencari nilai

permeabilitas k dari suatu sampel tanah. Maksud dari permeabilitas untuk

menentukan kemampuan tanah dilewati air melalui pori-porinya dan hal ini

penting dalam konstruksi bendung tanah urugan dan persoalan drainase.

Persiapan yang dilakukan pada percobaan ini adalah menyiapkan tanah dan

pasir yang lolos saringan nomor 4 dengan perbandingan sebagai berikut:

Tabel 5. Tabel Perbandingan Tanah dan Pasir Sampel

Perbandingan Tanah

(gram)

Pasir

(gram)

1:1 750 750

2:1 1000 500

1:2 500 1000

1:3 300 900

Setelah mendapatkan jumlah yang diinginkan, pasir dan tanah tersebut

kemudian dicampur hingga terdistribusi secara merata. Jika pembagian butir

pasir dan tanah telah merata, setelah itu dilakukan pengukuran terhadap

mould. Pengukuran ini meliputi pengukuran terhadap diameter dan tinggi dari

mould yang digunakan. Pengukuran diameter mould dilakukan sebanyak 3

kali dengan menggunakan jangka sorong agar hasil pengukuran lebih tepat.

Setelah hal ini selesai dilakukan, maka campuran pasir dan tanah tadi

kemudian dimasukkan ke dalam mould. Cara memasukkan tanah ke dalam

mould yaitu dengan bertahap 3 lapisan 1/3, 2/3 dan penuh. Setiap lapisan

dipadatkan sehingga tidak ada rongga udara di dalam tanah. Hal yang perlu

diperhatikan adalah filter mould harus berada di sisi atas dan bawah dari

mould agar butiran pasir dan tanah tidak keluar dari mould. mould kemudian

ditutup dipasang pada alat alat permeability.

Page 14: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

14

Permeability

Percobaan permeability ini menggunakan metode Constant Head Test

karena waktu yang dibutuhkan untuk melakukan metode ini lebih pendek. Hal

pertama yang dilakukan dari percobaan ini yaitu mengalirkan air kran melalui

selang hingga naik ke reservoir kemudian masuk ke mould permeability

melalui selang yang lain hingga seluruh tanah jenuh sempurna / terisi dengan

air. Udara yang terperangkap dalam alat dikeluarkan dengan cara membuka

bolt sehingga tidak ada gelembung udara lagi di dalamnya.

Kemudian dilanjutkan dengan mengamati reservoir untuk melihat kestabilan

air di dalamnya. Stabil yang dimaksud yaitu di saat air sudah rata dan tidak

bergelombang dalam reservoir. Dilanjutkan dengan mengukur tinggi muka air

dan mould. Air akan mengalir keluar dari alat permeability dan ditampung

dalam gelas ukur. Setiap 60 detik dicatat nilai dari gelas ukur. Waktu 60 detik

ini ditentukan hanya untuk mengetahui kekonstanan volume dengan waktu

yang terjadi.

B. Analisa Data dan Hasil

Hasil perhitungan terhadap nilai permeabilitas dari sampel tanah yang

digunakan menggunakan suhu ruangan yaitu 29ºC atau dan 30 ºC atau

perlu dikonversi menjadi koefisien permeabilitas dengan suhu standar

20ºC atau dengan grafik perbandingan viskositas cairan. Nilai koefisien

permabilitas yang didapat ternyata menghasilkan kesimpulan jenis tanah

yang berbeda-beda bila dibandingkan dengan nilai koefisien permeabilitas

tanah berdasarkan BS 8004:1986. Perbandingan nilai koefisien tanah

berdasarkan BS 8004:1986 adalah menggungakan rentangan nilai. Melalui

rentang nilai tersebut, sampel tanah yang berkoefisien sebagai berikut:

Tabel 6. Hasil penggolongan berdasarkan BS 8004:1986

No. Sampel K20 (m/s) Golongan

1 4,962 x 10-8

Lempung tak bercelah dan lempung

lanau (>20% lanau).

2 9,342 x 10-8

Lempung tak bercelah dan lempung

Page 15: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

15

Permeability

lanau (>20% lanau).

3 1,961 x 10-7

Pasir sangat halus, lanau dan lempung

lanau berlapis-lapis; lempung yang

mengalami pengawetan dan bercelah.

4 1,464 x 10-7

Pasir sangat halus, lanau dan lempung

lanau berlapis-lapis; lempung yang

mengalami pengawetan dan bercelah.

Begitu juga bila dibandingkan dengan nilai permeabilitas yang ditetapkan

melalui penelitian Cassagrande. Sampel taanah yang digunaka dalam

percobaan masuk ke dalam rentang nilai 1 x 10-9

– 1 x 10-5

. Melalui rentang

nilai tersebut maka dapat disimpulkan bahwa berdasarkan nilai permeabilitas

dari penelitian Cassagrande, tanah yang digunakan tergolong dalam jenis

tanah yang terdiri atas pasir halus, lanau organik, campuran pasir, lanau, clay

seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini:

Koefisien Permeabilitas menurut Cassagrande

Sedangkan bila dibandingkan dengan nilai koefisien permeabilitas menurut

Wesley, maka sampel tanah praktikan tergolong jenis tanah dengan pasir

halus.

Tabel 7. Hasil penggolongan berdasarkan Wesley

No. Sampel K20 (m/s) Golongan

1 4,962 x 10-8

Lempung

2 9,342 x 10-8

Lempung

3 1,961 x 10-7

Lanau

4 1,464 x 10-7

Lanau

Page 16: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

16

Permeability

Koefisien Permeabilitas menurut Wesley

C. Analisa Kesalahan

Beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya kesalahan dalam praktikum

permeability yaitu:

1. Pencampuran tanah dan pasir yang tidak merata.

2. Kurang tanggapnya praktikan saat mengambil jumlah air pada selang

waktu 60 detik sehingga terdapat kelebihan atau kekurangan jumlah air.

3. Tanah yang kurang padat ketika di masukkan ke dalam mold, sehingga

mengakibatkan lamanya mencapai saat aliran yang mengalir stabil.

4. Tidak diukurnya suhu ruangan secara langsung pada saat pelaksanaan

percobaan, akan tetapi menggunakan temperatur dari percobaan specific

gravity.

5. Pengukuran tinggi air kurang tepat karena pengaruh dari permukaan air

yang bergelombang.

IV. KESIMPULAN

Tanah yang dijadikan sampel yang berjumlah 4 sampel dengan komposisi

perbandingan yang berbeda-beda berdasarkan perhitungan didapatkan nilai k yang

dibandingkan berdasarkan Tabel Koefisien Permeabilitas BS 8004:1986,

tergolong dalam lempung tak bercelah dan lempung lanau (>20% lanau) untuk

sampel 1 dan 2, (dengan nilai k = 10-8

) dan Pasir sangat halus, lanau dan lempung

lanau berlapis-lapis; lempung yang mengalami pengawetan dan bercelah. (dengan

nilai k = 10-7

).

Page 17: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

17

Permeability

Berdasarkan tabel koefisien dari Cassagrande maka jenis tanah yang dijadikan

sampel adalah jenis tanah yang terdiri dari pasir halus, lanau organik, campuran

pasir, lanau, clay (dengan nilai k = 10-9

– 10-5

). Berdasarkan penelitian dari

Wesley maka jenis tanah yang dijadikan sampel memiliki jenis tanah yang

tergolong tanah lempung untuk sampel 1 dan 2 (dengan nilai k sebesar 1 x 10-11

5 x 10-8

) sedangkan untuk sampel 3 dan 4 tergolong tanah lanau (dengan nilai k

sebesar 1 x 10-7

– 5 x 10-6

).

V. LAMPIRAN

Page 18: P12 Permeabilitas

Laboratorium Mekanika Tanah

Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

18

Permeability

Lampiran

Foto 1. Proses penimbangan dan pencampuran sampel tanah dan pasir

Foto 2. Proses pengukuran diameter mould.

Foto 3. Proses penuangan sampel kedalam mould lapis per lapis

Foto 4. Proses penumbukan tiap lapisan.

Foto 5. Proses pengukuran tinggi muka air dan reservoir ke mould.