Permeabilitas dan Rembesan

Transkripsi

1 Permeabiitas dan Rembesan Meania Tana I Norma Puspita, ST.MT

2 Airan Air Daam Tana Saa satu sumber utama air ini adaa air ujan yang meresap e daam tana ewat ruang pori diantara butiran tananya. Air biasanya sangat berpengaru pada sifat-sifat tenis tana, ususnya tana berbutir aus. Demiian juga, air merupaan fator yang sangat penting daam masaa-masaa tenis yang berubungan dengan tana seperti : Penurunan Stabiitas pondasi Stabiitas ereng, d Terdapat 3 zone penting di apisan tana yang deat dengan permuaan bumi yaitu : Zone Jenu Air Zone Kapier Zone Jenu Sebagian

3 Airan Air Daam Tana Pada Zone Jenu Air, atau zone di bawa mua air tana, air mengisi seuru rongga-rongga tana. Pada zone ini tana dianggap daam eduduan jenu sempurna. Batas atas dari zone jenu adaa permuaan air tana (water tabe) atau permuaan freatis. Pada permuaan air tana, teanan idrostatis adaa no. Zone Kapier tereta di atas zone jenu. Ketebaan zone ini tergantung dari jenis tananya. Aibat teanan apier, air terisap e atas mengisi ruangan diantara butiran tana. Pada eadaan ini, air mengaami teanan negatif. Zone ta jenu atau zone jenu sebagian, bereduduan paing atas, adaa zone di deat permuaan tana, dimana air dipengarui oe penguapan dan aar tumbu-tumbuan.

4 Gradien Hidroi Menurut persamaan Bernoui, tinggi energi tota pada suatu titi di daam air yang mengair dapat dinyataan sebagai penjumaan dari tinggi tean, tinggi ecepatan, dan tinggi eeasi, yaitu : p γ w g z Dimana : = tinggi energi tota p g γ w = teanan = ecepatan = percepatan graitasi = berat oume air Tinggi teanan Tinggi ecepatan Tinggi eeasi

5 Gradien Hidroi Apabia persamaan Bernoui tersebut dipaai untu air yang mengair meaui pori-pori tana, bagian pearsamaan yang mengandung tinggi ecepatan dapat diabaian. Ha ini disebaban arena ecepatan rembesan air di daam tana adaa sangat eci. Seingga tinggi energi tota pada suatu titi dapt dinyataan sbb : p γ w z ubungan antara teanan, eeasi, dan tinggi energi tota dari suatu airan air di daam tana. Tabung pizometer dipasang pada titi A dan titi B. Ketinggian air di daam tabung pizometri A dan B disebut sebagai mua pizometer (piezometric ee) dari titi A dan B. Keiangan energi antara titi A dan B : A B p A w Z A p B w Z B

6 Gradien Hidroi Keiangan energi Δ tersebut dapat dinyataan baam bentu persamaan tanpa dimensi yaitu : i L Dimana : i = gradien idroi L = jara antara titi A dan B, yaitu panjang airan air dimana eiangan teanan terjadi

7 Huum Darcy Darcy (956) memperenaan ubungan antara ecepatan airan air daam tana () dan gradien idroi, sbb : i Seanjutnya, debit rembesan (q) dapat dituis dengan : q i A Koefisien permeabiitas/oefisien rembesan, () mempunyai satuan yang sama dengan satuan ecepatan yaitu cm/deti atau mm/det, dan menunjuan uuran taanan tana teradap airan air. Bia pengaru sifat-sifat air dimasuan, maa : dimana : = ecepatan airan air daam tana (cm/det) = oefisien permeabiitas (cm/det) i = gradien idroi dengan A = uas penampang tana. ( cm / det) K w g dengan : K = oefisien absout (cm ), tergantung dari sifat butirannya. ρ w = erapatan air (gr/cm 3 ) μ = oefisien eentaan air (gr/cm det) g = graitasi (cm/det )

8 Huum Darcy Karena air anya dapat mengair ewat ruang pori, maa ecepatan nyata rembesan ewat tana ( s ) adaa, sbb : s n atau s i n dengan n = porositas tana Beberapa niai oefisien permeabiitas () dari berbagai jenis tana diperiatan pada tabe beriut, dimana niai tersebut biasanya dinyataan pada temperatur 0 0 C. Jenis Tana (mm/det) Butiran asar Kerii aus, butiran asar bercampur pasir butiran sedang 0-0 Pasir aus, anau onggar Lanau padat, anau berempung Lempung beranau,empung

9 Conto Soa Tentuan banyanya air yang mengair persatuan watu yang meaui apisan tana tembus air seperti yang teriat pada gambar, Dimana oefisien permeabiitas (rembesan) tana = 0,08 cm/det, emiringan apisan tana (α) = 8 0, tinggi apisan tana tembus air = 3 m, perbedaan tinggi air pada tabung pizometer (Δ) = 4 m, dan jara antara tabung pizometer (L) = 50 m. Penyeesaian : 4 m Gradien idroi (i) : i 0, L/cos 50m / cos8 Banyanya air mengair persatuan watu persatuan ebar profi tana (q) : q i A q 0,08 0,0m / det 0,079 (3cos8 0 m ) q 0, m 3 / det/ mebar

10 Uji Permeabiitas Terdapat empat macam cara pengujian untu menentuan oefisien permeabiitas di aboratorium, yaitu : a) Pengujian tinggi energi tetap (Constan-ead) b) Pengujian tinggi energi turun (faing-ead) c) Penentuan secara tida angsung dari pengujian onsoidasi.

11 Pengujian Tinggi Energi Tetap (Constant Head) Pengujian constant-ead ini coco untu jenis tana granuar (berbutir). Prinsip pengujiannya, tana benda uji dietaan di daam siinder. Pemberian air dari pipa masu dijaga sedemiian rupa seingga perbedaan tinggi air pada pipa masu dan pipa euar () seau onstan seama percobaan. Pada eduduan ini tinggi energi iang adaa. Setea ecepatan airan air yang meaui conto tana menjadi onstan, banyanya air yang euar ditampung daam geas uur (Q) dan watu pengumpuan air dicatat (t). Voume air yang terumpu adaa : Q q t i A t Dengan A adaa uas penampang benda uji, dan L adaa panjangnya. Karena i = /L, maa : Q = (/L) A t seingga : Q L At

12 Conto Soa Hitung besarnya oefisien permeabiitas suatu conto tana berbentu siinder mempunyai Ø 7,3 cm dan panjang 6,8 cm aan ditentuan permeabiitasnya dengan aat pengujian permeabiitas constant-ead. Tinggi teanan onstan sebesar 75 cm di ontro seama masa pengujiannya. Setea menit pengujian berjaan, air yang tumpa pada geas uur ditimbang, beratnya 940 gram. Temperatur pada watu pengujian 0 0 C. Sousi : - Luas penampang benda uji (A) = ¼ π D = ¼ π 7,3 = 4,9 cm. - Voume air pada geas uur = 940 cm 3, arena γ w = gr/cm 3. - Koefisien permeabiitas : Q L 940 6, 8 0, cm / At 75 49, det

13 Pengujian Tinggi Energi Turun (Faing Head) Pengujian faing-ead ini coco untu jenis tana berbutir aus. Prinsip pengujiannya, tana benda uji dietaan di daam siinder. Pipa penguur didirian di atas benda uji emudian air dituangan e daamnya dan air dibiaran mengair meewati benda uji. Perbedaan tinggi air pada awa pengujian (t = 0) adaa. Kemudian air dibiaran mengair meewati benda uji sampai watu tertentu (t ) dengan perbedaan tinggi mua air adaa. Debit air yang mengair meaui benda uji pada watu t adaa sbb : d d q i A A a d a A a L dt L dt

14 Faing Head Seingga : dt a L A d Dimana : = perbedaan tinggi mua air pada sembarang watu A = uas penampang conto tana a = uas penampang pipa penguur L = panjang conto tana t 0 dt a L A d t a L A n, 303 a L A og 0, 303 a L At og

15 Conto Soa Pada pengujian permeabiitas faing-ead diperoe data sbb : Luas penampang benda uji A = 0 cm ; Luas pipa penguur a = cm ; Sebeum conto tana diuji, taanan saringan aat pengujian faingead diuji terebi dauu. Hasinya, watu yang dibutuan untu menurunan air di pipa bagian atas dari 00 cm menjadi 5 cm adaa 5 deti. Kemudian contro tana teba 5 cm dimasuan e daam tabung siinder untu diuji. Watu yang diperuan untu penurunan mua air dari 00 cm menjadi 5 cm adaa,5 menit. Hitunga oefisien permeabiitas tana ini dengan cara pengujian faing-ead. Sousi : - Dianggap bawa air mengair ertia e bawa, meewati dua apis tana dengan uas penampang yang sama, tetapi dengan niai yang berbeda.

16 Conto Soa Debit air yang ewat adaa sama pada masing-masing potongan tananya. Dimana debit = uas x ecepatan. Oe arena edua tana tereta pada uas tabung yang sama, maa ecepatan pada masing-masing tana juga sama. Berdasaran uum Darcy : = i i i L L Untu Tana : Untu Tana :

17 Conto Soa Jia z adaa oefisien permeabiitas rata-rata untu edua apisan, maa : Substitusi pers () e pers () : L z z...() L z ) ( ()... (3)... L z

18 Conto Soa Dari persamaan oefisien permeabiitas untu faing ead :, 303 a L At og Untu airan anya ewat tana (penguuran taanan saringan) : , og 6, Untu airan ewat edua apisan tana, t =,5 menit = 50 deti z L, 303 og 0 50 Dari persamaan (3) : L z 00 5 L z 790, , 53 6, 35 Jadi, = 6,5 x 0-3 cm/det