Laboratorium Sedimentologi 2013 HIDRODINAMIKA TRANSPORTASI SEDIMEN
QuickTime™ and a decompressor are needed to see this picture.
Seperti kita ketahui bahwa material sedimen dapat tertransportasi dengan adanya agen pembaw pembawanya anya yaitu yaitu , berupa air air , es dan angin angin . saat saat dibawa dibawa oleh air karena air karena si partikel sedimen ini akan “bergerak” dulu sebelum diendapkann oleh agen transportasi tadi maka akan terjadi mekanisme mekanisme berbeda dari pergerakan partikel sedimen bergantung dari sifat agen agen transport yang mengangkutnya dan tentu saja menurut aturan aturan fisika. seperti pemahaman mekanika fluida, gaya gaya yang bekerja di dalam fluida, sifat fisik dari fluida yang mengangkut, dan lain sebagainya merupakan faktor faktor yang bekerja pada pengangkutan sedimen. kita sebut fluida disini sebagai material mater ial paling umum yang mengang mengangkut kut sedimen karena angin, air, dan mater material ial serupa juga fluida. secara defirintif fluida ini adalah substance (zat) yang mampu berubah bentuknya dan ukurannya karena berat massanya sendiri (Boggs, 2006). Dasar Dasar Aliran Fluida
setidaknya ada beberapa faktor fisik yang ada dalam tubuh fluida yang mempengaruhi mekanisme transportasi fluida. dua yang paling penting adalah densitas dan viskositas yang akan kita bahas disini sebelum mengacu kepada faktor faktor lain (kinematika Nama : Mlukman Baihaqi NIM : 111.110.096 PLUG : 5
Laboratorium Sedimentologi 2013
gerakan aliran fluida) yang dipengaruhi oleh dua karakter fisik ini.
densitas
fluida dilambangkan dengan ρ (rho) merupakan massa per unit volume fluida.
densitas mempengaruhi magnitud (tingkat) gaya yang bekerja dalam fluida dan diatas bed juga seiring dengan kemampuan partikel akan jatuh (settle) dalam fluida (lebih lambat di fluida yang leibh padat). densitas ini memiliki pengaruh khusus pada fluida terutama yang di ada lereng yang disebabkan oleh gravitasi. densitas bervariasi pada fluida yang berbeda, dan hal ini akan mempengaruhi perilaku fluida dalam mengangkut sedimen juga berbeda sebagai contoh air memiliki densitas 0.998 g/mL pada temperatur 20° C, dan ternyata udara lebih kecil 700 kali dibandingin air densitasnya. maka bisa dibayangin benda yang jatuh bebas (tidak ada lagi aliran secara lateral) di udara pasti lebih cepat (plus gesekan udara diam) dibandingkan di air yang tenang. densitas fluida berkurang seiring dengan bertambahnya tempertur fluida. Viskositas
diartikan sebagai ukuran kemampuan fluida untuk mengalir (Boggs, 2006),
atau ukuran ketahanan fluida terhadap deformasi oleh shear stress dan tensile stress (Wikipedia LOL). atau di dalam mekanika fluida viskositas yang umum dari definisi ini dikenal juga sebagai viskositas dinamik (Dynamic viscosity atau µ) meski dikenal juga viskositas kinematik (Kinematic viscosity atau v). fluida dengan viskositas yang lebih tinggi (atau lebih kental) akan mengalir lebih lambat daripada yang viskositanya rendah (lebih encer), viskosiatas air lebih rendah dari madu.air memiliki viskositas 55 kali lebih besar dari udara pada suhu 20° C (Blatt, Middleton, Murray, 1980). sama dengan densitas viskositas juga akan menurun seiring dengan bertambahnya temperatur atau viskositas akan naik jika temperatur turun
. menurut Boggs (2006) viskoistas ini memegang
peranan penting dalam mempengaruhi turbulensi air , dimana meningkatnya viskositas akan menaikan turbulensi arus (Boggs, 2006). menurunnya tubulensi juga akan menambah kemampuan air dalam mengerosi dan meng’entrain’ sedimen.
Nama : Mlukman Baihaqi NIM : 111.110.096 PLUG : 5
Laboratorium Sedimentologi 2013
Viskositas dinamik
pemahaman mengenai viskoistas dan penjelasan detailnya bisa dipahami melalui percobaan sederhana dua plate yang bergerak saling berlawanan pada permukaan (atas dan dasar) fluida.
QuickTime™ and a decompressor are needed to see this picture.
dari gambar diatas kita bisa simpulkan ada dua plat yang membatasi fluida plat yang bawah statis (diam) plat yang diatas bergerak. gaya pergeseran (shear stress) alias τ (thou) diartikan sebagai besarnya gaya yang diperlukan untuk menggeser plat yang diatas melawan gaya viskositas molekuler fluida ( µ dibaca: myu) terhadap seberapa besar pergeseran. diekspresikan dalam persamaan dibawah ini:
Nama : Mlukman Baihaqi NIM : 111.110.096 PLUG : 5
Laboratorium Sedimentologi 2013
τ = µ(du/dy)………………………………………… (1)
dimana:
τ = shear stress (satuannya gaya perunit area atau dyne/cm2)
µ = viskositas molekular
du =perubahan jarak plat yang bergeser terhadap titik awal
dy = jarak antar plat
di lihat ekspresi rumus diatas, kita bisa lihat semakin besar nilai viskositas molekular ( µ) dan jarak geser yang diinginkan (du) ditambah (makin jauh) maka gaya yang diperlukan (τ ) juga harus besar .,tapi kalo kolom fluidanya dangkal maka gaya gesek fluida (atau ( µ) ) tentunya gaya yang diperlukan untuk mendorong itu plat lebih kecil (disini kita mengabaikan gravitasi ) sekarang, bagaimaan dengan molecular (dynamic) viscosity nya? dari persamaan diatas viskositas dinamik ( µ) dapat diartikan sebagai suatu ukuran ketahanan zat (fluida) untuk berubah bentuk akibat kecepatan tertentu. maka dari definisi ini dan melihat dengan seksama ilustrasi gambar diatas. kita simpulkan bahwa viskositas molekular ( µ) diartikan sebagai rasio antara tingkat shear stress (τ) terhadap tingkat deformasi (du/dy).
µ=τ/(du/dy)…………………………………………… (2) Nama : Mlukman Baihaqi NIM : 111.110.096 PLUG : 5
Laboratorium Sedimentologi 2013
τ = shear stress (satuannya gaya perunit area atau dyne/cm2)
µ = viskositas molekular (satuannya poise)
du = perubahan jarak plat yang bergeser terhadap titik awal
dy = jarak antar plat
persamaan awal (1) diatas merupakan persamaan untuk fluida fluida newtonian (newtonian fluisd) .semua jenis fluida yang memiliki viskositas konstan, artinya ketika shear stress bekerja tidak terjadi perubahan nilai viskositas fluida (contohnya air, gas, dan yang encer encer). sementara fluida yang tidak masuk kategori ini dikelompokan ke dalam non-newtonian. karena densitas dan viskositas dinamik sangat mempengaruhi perilaku fluida, maka dinamisitas fluida biasanya dikombinasikan oleh parameter lain yang dinamakan viskositas kinmeatik (kinematic viscosity) atau dikasih lambang v.
v = µ/ ρ…………………………………………………….(3)
dimana:
v = viskositas kinematis (satuannya stokes (st) atau cm^2/s)
µ = viskotisats dinamis (g/(ms) atau poise)
ρ = densitas atau berat jenis fluida (g/L) viskositas kinematik ini merupakan faktor penting dalam mengetahui pergerakan arus Nama : Mlukman Baihaqi NIM : 111.110.096 PLUG : 5
Laboratorium Sedimentologi 2013 lebih lanjut apakah akan bersifat acak (turbulen) atau tidak.
hukum Stoke (Stoke’s Law) menjelaskan kecepatan settling (jatuh atau tenggelamnya)
partikel (sedimen) dalam fluida, Stoke’s law diekspresikan seperti persamaan dibawah ini:
QuickTime™ and a decompressor are needed to see this picture. ……………………………………… (4) dimana: V= velositas terminal (atau kecepatan akhir or kecepatan jatuh/settling) ingat ini v bukan untuk viskositas kinematis satuannya m/s (disini gue bedain huruf V nya gede) g = percepatan gravitasi ρs= rho sedimen (atau densitas sedimen) ρf=rho fluida (densitas fluida) µ = viskositas settling velocity ini berkaitan atau berhubungan langsung dengan (dari persamaan diatas) gravitasi, viskostias dinamis, berat jenis, dan yang paling penting diameter dari partikel sedimen. untuk viskositas dan berat jenis sudah dibahas dimana nilai viskositas berbanding terbalik dengan kecepatan settling sedangkan berat jenis berbanding lurus, gravitasi tentu saja sifatnya konstan, dan bagaimana dengan ukuran diameter partikel? Oke, diameter (D) ini sebenernya merupakan ukuran penampang partikel dalam fluida. ukuran penampang yang lebih besar (D) tentu akan jatuh lebih cepat sementara yang lebih kecil akan jatuh lebih lambat hal persamaan ini dapat menjelaskan fenomena terbentuknya struktur (tekstur) graded bedding (menghalus keatas), tapi menurut Nichols (2005) persamaan ini hanya berlaku untuk material sedimen berukuran halus sementara yang kasar dan besar ketika akan jatuh ke fluida malah cenderung mengurangi velositas tapi persamaan ini tidak berlaku untuk bentuk partikel yang aerodinamis (platy shape atau gepeng) seperti mineral mika biotit meskipun dia memiliki densitas (berat jenis) Nama : Mlukman Baihaqi NIM : 111.110.096 PLUG : 5
Laboratorium Sedimentologi 2013 yang tinggi bisa saja mengalami settling yang lambat karena bentukya yang aerodinamis mendapat tekanan fluida (Pf) atau gaya archimedes yang rendah sebab penampang permukaannya yang luas meski memiliki densitas yang sama dengan butiran lain yang lebih bulet atau menyudut. maka tak jarang mineral mika sering kali dijumpai dipermukaan perlapisan batuan.
Nama : Mlukman Baihaqi NIM : 111.110.096 PLUG : 5
