Bab III Air Tanah Permeabilitas Dan Rembesan Bahan Kuliah Mekanika Tanah 1

BAB III AIR TANAH, PERMEABILITAS, DAN REMBESAN

3.1. AIR TA TANAH

Air tanah adalah sebagai air yang terdapat dibawah permukaan bumi. Sumber utamanya air hujan yang meresap kebawah melewati ruangan pori diantara diantara butiran butiran tanah. tanah. Air sangat berpengaruh berpengaruh pada sifat-sifat teknis tanah khususnya tanah berbutir halus. !emikian juga air merupakan faktor yang sanga sangatt

pent pentin ing g

dala dalam m

masal masalah ah-m -masa asalah lah

seper seperti ti

"pen "penur urun unan anst stab abil ilita itass

pondasistabilitas lereng dll. Pada lapisan tanah terdapat tiga #one penting yaitu " #one jenuh air #one kapiler dan #one jenuh sebagian. Pada #one jenuh atau #one dibawah muka air tanah air mengisi seluruh rongga-rongga. Pada #one ini tanah dianggap dalam keadaan jenuh sempurna. $atas atas dari #one jenuh adalh permukan air tanah atau freatis. %one kapiler terletak diatas #one jenuh. Ketebalan #one ini tergantung dari ma&am tanah akibatnya air mengalami isapan atau tekanan negati'e. %one tak jenuh yang berkedudukan paling atas atas adal adalh h #one #one deka dekatt perm permuk ukaan aan tana tanah h dima dimana na air dipe dipeng ngaru aruhi hi oleh oleh penguapan sinar matahari dan akar-akar tumbuh-tumbuhan. tumbuh-tumbuhan.

3.2. 3.2. PERM PERMEA EABI BILI LIT TAS

!idefinisikan sebagai sifat bahan berpori yang memungkinkan aliran rembesan dari &airan yang berupa air atau minyak mengalir lewat rongga pori. Untuk tanah Permeabilitas dilukiskan sebagai sifat tanah yang mengal mengalirka irkan n air melalu melaluii rongg ronggaa pori pori tanah. tanah. !idala !idalam m tanah tanahsifa sifatt aliran aliran mungkin laminar atau turbulen. Tahanan terhadap aliran bergantung pada jenis tanah ukuran butiran bentuk butiran rapat massa serta bentuk geometri rongga pori. Temperatur juga sangat mempengaruhi tahanan aliran (kekentalan dan tegangan permukaan.

Prodi Teknik Sipil Sekolah Tinggi Teknologi Unggulan Swarnadwipa Kabupaten Kuantan Singingi - Riau

)

Aliran Air Dalam Tanah

Tinggi energi total (total Head) adalah tinggi energi elevasi atau Elevation Head(z) ditambah tinggi energi tekanan atau pressure Head (h) yaitu Ketinggian kolom air h A atau h B !idalam pipa diukur dalam millimeter atau meter diatas titiknya. Tekanan hidrostatis bergantung pada kedalaman suatu titik dibawah muka air tanah. Untuk mengetahui besar tekanan air pori Teorema Bernaulli dapat diterapkan. *enurut Bernaulli, tinggi energi total (total Head) pada suatu titik dapat dinyatakan oleh persamaan " p h= γ w

v+ + + z + g

!engan " h

, tinggi energi total (total head)(m

p γ w , tinggi energi tekanan (pressure head) (m p

, tekanan air (tm+k/m+

v!  + g

, tinggi energi ke&epatan (velo"ity head) (m

v

, ke&epatan air (mdet

γ w

, berat 'olume air (tm0k/m0

g

, per&epatan gra'itasi (mdt+

z

, tinggi energi ela'asi (m

Karena ke&epatan renbesan didalam tanah sangat ke&ilmaka tinggi energi ke&epatan dalam suku persamaan $ernoulli dapat diabaikan.Sehingga persamaan tinggi energi total menjadi "

p

h , γ w + z Untuk menghitung debit rembesan lewat tanah pada kondisi tertentu di tinjau kondisi tanah.


+

Hukum Darcy

!ar&y ()123 mengusulkan hubungan antara ke&epatan dan gradient hidrolik sebagai berikut "

v = ki

!engan " v

, Ke&epatan air (&mdet

i

, 4radien hidrolik

k

, Koefisien permeabilitas (&mdet

!ebit rembesan (5dinyatakan dalam persamaan "

# = kiA

Koefisien permeabilitas (k) mempunyai satuan yang sama dengan ke&epatan &mdet atau mmdet. 6aitu menunjukkan ukuran tahanan tanah terhadap air bila pengaruh sifat-sifatya dimasukkan *aka " k ("mdet) ,

k ρ w g µ

!engan " K

,

koefisien absolute (&m +  tergantung dari sifat butiran tanah

ρ w

,

Rapat massa air (g&m 0 

µ

,

koefisien kekentalan air (g&m.det

g

,

per&epatan gra'itasi ( &mdet + 

Ui P!rm!a"ili#a$ Di La"%ra#%rium

Ada

empat

ma&am

pengujian

untuk

menentukan

koefisien

permeabilitas dilaboratorium yaitu "


0

a. Uji tinggi energi tetap (7onstant 8 9ead b. Uji tinggi energi turun (failing 8 9ead &. Penentuan se&ara tidak langsung dari uji konsolidasi d. Penentuan se&ara tidak langsung dari uji kapiler hori#ontal

Ui P!rm!a"ili#a$ Di La&an'an

1. Uji Permeabilitas Dengan Menggunakan Sumur Uji

7ara pemompaan dari air sumur uji dapat dipakai untuk menentukan koefisien permeabilitas (k 

di lapangan.dalam &ara

inisebuah sumur digali danairnya di pompa dengan debit air tertentu se&ara kontinu.permukaan penurunan yang telah stabil yaitu garis penurunan muka air tanah yang terendah. :ari-jari $ dalam teori hidrolika sumuran di sebut %ari&%ari pengaruh keru"ut penurunan (radius o' in'luen"e o' the depression "one)Aliran air ke dalam sumur merupakan aliran gra'itasidimana muka air tanah mengalami tekanan atmosfer.!ebit pemompaan pada kondisi aliran yang telah stabil dinyatakan oleh persamaan !AR76 "

# = vA = kiA = k (dyd) A

(m 0 det)

!engan " v

, Ke&epatan aliran (mdet

A

, ;uas aliran (m+

i

, dyd , gradient hidrolik

dy

, ordinat kur'a penurunan

d

, absis kur'a penurunan

2. Uji Permeabilitas Pada Sumur Artesis

Air yang mengalir dipengaruhi oleh tekanan artesis. !ebit arah Radial "


<

# = kA

dy d)

!engan " #

, !ebit arah radial (m 0 det

A

, += × T

T

, Tebal lapisan lolos air (m

=

;uas tegak lurus arah aliran (m + 

dyd , i , 4radien 9idrolik

3. Hitungan Koefisien Permeabilitas Secara eoritis

*enurut 9agen dan Poiseuillebanyaknya aliran air dalam satuan waktu (5 yang lewat pipa dengan jari-jari Rdapat dinyatakan dengan persamaan "

5,

γ w * + $ a > µ

!engan " γ w

, $erat 'olume air

µ

, Koefisien kekentalan absolute

a

, ;uas penampang pipa

S

, gradient hidrolik

:ari-jari hidrolik $ H dari pipa kapiler dinyatakan dalam persamaan "

$ H =

,uas keliling +asah

$ π

=

+

$ +π

$

=

+

3.3. REMBESAN

Rembesan yang akan dipelajari disini didasarkan pada analisis dua dimensi. $ila tanah dianggap homogen dan isotropis maka dalam bidang & z hokum dar&y dapat dinyatakan sebagai berikut"


2

δ h

v ) = ki ) = &k

δ )

v

z

= ki

δ h

z

= &k

δ z

3.3.1 !aring Arus "#lo$ %et&

Sekelompok garis aliran dan garis ekipotensial disebut %aring arus ('low net). 4aris ekipotensial adalah garis-garis yang mempunyai tinggi energi potensial yang sama (h konstan. Permeabilitas lapisan lolos air dianggap isotropis ( k ) , k ) , k .

3.3.2 ekanan 'embesan

Air pada keadaan statis didalam tanah akan mengakibatkan tekanan hidrostatis yang arahnya keatas (upli't) Akan tetapi jika air mengalir lewat lapisan tanah aliran air akan mendesak partikel tanah sebesar tekanan rembesan hidrodinamis yang bekerja menurut arah alirannya. $esarnya tekanan rembesan akan merupakan fungsi dari gradient hidrolik (i)

3.3.2.1 Pengaru( ekanan Air er(ada) Stabilitas ana(

Tekanan hidrodinamis mempunyai pengruh yang besar pada stabilitas tanah. Tergantung pada arah aliran tekanan hidrodinamis dapat dipengaruhi oleh berat 'olume tanah.

3.3.2.2 eori Kondisi Menga)ung "*uick + condition&

Telah disebutkan bahwa tekanan hidrodinamis dapat mengubah keseimbangan lapisan tanah. Pada keadaan seimbang besarnya gayayang bekeja dibawah ? , γ sama dengan gaya rembesan

! , γ w

i

"

atau

?-! , @


3

i"

!engan

adalah gradient hidrolikkritis pada keseimbangan gaya

diatas. $esarnya berat tanah terendam air adalah "

? , γ , ( )-n ( - * - )  A

- *

A

γ ,

−)

) +e

. γ w

γ .

(k/m 0 . tm 0 

3.3.2.3. Keamanan ,angunan er(ada) ,a(a-a Pi)ing

Telah disebutkan bahwa bila tekanan rembesan keatas yang terjadi dalam tanah sama dengan i  maka tanah akan pada kondisi mengapung. "

Keadaan sema&am ini juga dapat berakibat terangkutnya butir-butir tanah halus sehingga terjadi pipa-pipa didalam tanah yang disebut /iping Akibat pipa-pipa yang berbentuk rongga-rongga dapat mengakibatkan fondasi bangunan mengalami penurunan hingga mengganggu stabilitas bangunan. Baktor keamanan bangunan air terhadap bahaya piping sebagai berikut " *0 =

ie ie

!engan i adalah gradien keluar maksimum (maimum eit gradient e

) dan

i

e

=

γ -radien keluar maksimum tersebut dapat ditentukan γ w

dari jarring arus dan besarnya sama dengan tinggi energi antara garis ekipotensial terakhir dan l adalah panjang dari elemen aliran. ;ane ()102 menyelidiki keamanan struktur bendungan terhadap bahaya piping. Panjang lintasan air melalui dasar bendungan dengan memprhatikan bahaya pipingdihitung dengan &ara pendekatan empiris sebagai berikut "



.

,

Σ ,h

0

+Σ ,1

!engan " 

.

= .eighted 2 "reep 2 distan"e


C

, h Σ

= :umlah jarak hori#ontal menurut lintasan terpendek

,v Σ

, :umlah jarak 'erti&al menurut lintasan terpendek

Setelah weighted 2 "reep 2 distan"e dihitung weighted 2 "reep 2 ratio (.3$) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan " .3$ =

Σ ,.

H ) − H +

3.3.3 Kondisi ana( Anisotro)is

!alam

tinjauan tanah

anisotropis walaupun tanah mungkin

homogen tapi mempunyai permeabilitas yang berbeda pada arah 'erti&al dan hori#ontalnya. Kebanyakan tanah pada kondisi alamnya dalam keadaan anisotropis artinya mempunyai koefisien permeabilitas yang tidak sama kesegala arah yaitu maksimum searah lapisan (arah hori#ontal dan minimum kearah tegak lurus lapisannya (arah 'erti&al. Arah-arah ini selanjutnya dinyatakan dalam arah  dan z !alam kondisi ini permeabilitas pada arah hori#ontal dan 'ertikalnya dapat dinyatakan dalam bentuk " k ) = k mak dan k z = k min Untuk hal ini persamaan !ra&y akan bernentuk " δ h

1 ) = &k ) i ) = &k ) δ ) 1z = &k z i

3.3.

δ h

z

= &k z δ z

Kondisi ana( ,erla)is

3.3..1. Meng(itung Debit 'embesan ana( ,erla)is Dengan /ara !aring Arus 3.3..2. Meng(itung Debit 'embesan ana( ,erla)is Dengan /ara Mengangga) Sebagai 0a)isan unggal


>

3.3.

'embesan Pada Struktur ,angunan

9ukum !ra&y dapat digunakan untuk menghitung dabit rembesan yang melalui struktur bendungan. !alam peren&anaan sebuah bendungan perlu diperhatikan stabilitasnya terhadap bahaya longsoran erosi lereng dan kehilangan air akibat rembesan yang melalui tubuh bendungan.

3.3..1

/ara Du)uit

3.3..2

/ara Sca(ffernak

3.3..3

/ara A. /asagrande

3.3..

Penggambaran aris 'embesan Secara rafis

:ika bentuk dan posisi garis rembesan paling atas pada potongan melintang bendungan diketahui besarnya rembesan rembesan dapat dihitung. $entuk garis rembesan  ke&uali dapat ditentukan se&ara analistis  dapat juga ditentukan se&ara grafis atau dari pengamatan laboratorium dari sebuah model bendungan sebagai prototype ataupun juga se&ara analogi elektris. Pengamatan menunjukkan bahwa garis rembesan yang melalui yang melalui bendungan berbentuk kur'a parabolis akan tetapi penyimpangan kur'a terjadi pada daerah hulu dan hilirnya. Pengamatan se&ara grafis didasarkan pada sifat khusus dari kur'a parabola.

3.3.. Debit 'embesan Pada ,endungan ana( Anisotro)is

:ika permeabilitas tanah bahan bendungan anisotropis untuk menghitung debit rembesan maka penampang bendungan harus lebih dulu ditranformasi. Seperti

yang

telah

dipelajari sebelumnya nilai

D)

transformasi adalah E


1

 ) =

k z

4

k )

*aka

seluruh

hitungan

harus

didasarkan

pada

gambartransformasinya demikian juga untuk koefisien permeabilitas eki'alen " K5 =

k ) k z

3.3.. Kondisi Aliran Masuk4Keluar4 dan Kondisi ransfer

Kondisi-kondisi aliran masukkeluar dan kondisi transfer dari garis rembesan melalui badan bendungan telah dianalisis oleh 7asagrande ()10C maksud dari kondisi aliran masuk adalah bila aliran rembesan berasal dari daerah bahan tanah dengan koefisien permeabilitas sangat besar.

3.3. #ilter

$ila air rembesan mengalir dari lapisan berbutir lebih halus menuju lapisan lebih kasar kemungkinan terangkutnya butiran lebih halus lolos melewati bahan yang lebih kasar tersebut dapat terjadi. Frosi butiran dapat mengakibatkan turunnya tahanan aliran air dan naiknya gradient hidrolik. $ila ke&epatan aliran membesar akibat dari pengurangan tahanan aliran yang berangsur-angsur turun akan terjadi erosi butiran yang lebih besar lagi sehingga membentuk pipa-pipa didalam tanah yang dapat mengakibatkan keruntuhan pada bendungan.

Bilter atau drainase untuk mengendalikan rembesan harus memenuhi dua persyaratan" ).

Ukuran pori-pori halus &ukup ke&il untuk men&egah butir-butir tanah terbawa aliran.


)G

+.

Permeabilitas harus &ukup tinggi untuk mengi#inkan ke&epatan drainase yang besar dari air masuk filternya.


))

Bab III Air Tanah Permeabilitas Dan Rembesan Bahan Kuliah Mekanika Tanah 1

Recommend Documents