PERMEABILITAS DAN ALIRAN AIR DALAM TANAH Permeabilitas : sifat bahan berpori (permeable / pervious), yang memungkinkan zat cair dapat mengalir lewat rongga porinya. Derajat permeabilitas tanah ditentukan oleh: 1. jenis tanah, 2. ukuran pori, 3. kepadatan tanah. Derajat permeabilitas dinyatakan dalam nilai koefisien permeabilitas = k (satuan : cm/det atau m/det).
Nilai k untuk Jenis-jenis Tanah JENIS TANAH k (cm/det) NAMA Kerikil > 10-1 High permeability kerikil halus/pasir 10-1 10-3 Medium permeability pasir sangat halus pasir lanau lanau tidak padat lanau padat lanau lempung lanau tidak murni 10-3 10-5 Low permeability 10-5 10-7 Very low permeability Lempung < 10-7 Impervious (rapatair)
Nilai k tanah untuk bahan drainasi : k > 10-4 cm/s : good drainage 10-6 < k < 10-4 cm/s : poor drainage k < 10-6 cm/s : impervious Nilai k tanah untuk bahan bendungan : k > 10-4 cm/s : bahan pervious k < 10-4 cm/s : bahan impervious
Contoh pada bendungan tanah 1. Shell : bahan pervious (permeable) untuk stabilitas 2. core (inti) : bahan impervious untuk menahan kebocoran 1 2
Hukum Bernoulli : h = z + p? w + 2 v 2g dengan : h = tinggi tekanan total (m) z = tinggi elevasi terhadap suatu bidang datum (m) (=tenaga potensial per satuan volume) p = tekanan hidrostatis (t/m 2 ) γ w = berat volume air (t/m 3 ) p/γ w = tenaga tekanan /volume = tinggi tekanan v = kecepatan aliran (m/det) g = percepatan gravitasi (m/det 2 ) v 2 /2g = tenaga kecepatan/volume = tinggi kecepatan
Khusus aliran air dalam tanah : p diganti u = tekanan pori v umumnya kecil v 2 /2g 0 (diabaikan) Maka hukum Bernoulli untuk aliran dalam tanah : h = z + u/γ w = z + hw (tinggi elevasi + tinggi tekanan pori selalu konstan)
Aliran rembesan dalam tanah?h hw 1 aliran 1 hw 2 tanah 2 z 1 l bidang datum z 2
Aliran air terjadi jika ada perbedaan tinggi tenaga antara 2 tempat. h = h 1 h 2 Gradien hidrolik antara titik 1 dan 2 = selisih tinggi tenaga dibagi panjang lintasan i = h/l (tanpa satuan) Aliran air dalam tanah umumnya berupa aliran laminer, sehingga berlaku Hukum Darcy v = k x i dengan : v = kecepatan (cm/detik) k = koefisien permeabilitas (cm/detik) i = gradien hidrolik.
Debit (volume air yang mengalir per satuan waktu) : q = A x v = A x k x i dengan : q = debit (m 3 /det) A = luas tampang tanah yang dialiri air (m 2 ) = luas pori = luas tampang tanah x kadar pori v = kecepatan aliran (m/det)
UJI PERMEABILITAS DI LABORATORIUM Alat : permeameter. jenis permeameter : 1. Constant head permeameter (permeameter dengan tinggi tenaga konstan) : untuk tanah yang permeabilitasnya tinggi (k>10-3 cm/s). 2. Falling head permeameter (permeameter dengan tinggi tenaga turun) : untuk tanah yang permeabilitasnya rendah (k< 10-3 cm/s).
Constant Head Permeameter Prinsip alat: Air mengalir terus menerus untuk menjaga agar tinggi air konstan l h tanah uji filter (agar tanah tidak erosi) air ditampung dalam gelas ukur V cm 3 dalam t detik
Dari gambar : selisih tinggi tekanan : h lintasan air di dalam tanah : l gradien hidrolik : i = h/l debit : q = A x v = A. k. i = A. k. h/l Volume air yang ditampung dalam waktu t : V = q. t = A. k. h. t / l k = V.l / A. h. t A,h, dan l diketahui. Jika percobaan dilaksanakan dalam t detik, ternyata air yang tertampung = V cm 3, maka nilai k dapat dihitung.
Falling Head Permeameter pipa kecil dengan luas tampang a tinggi air mula-mula saat t 1 h 1 h 2 tinggi air akhir saat t 2 tanah dengan luas tampang A dan tebal l
Misalkan pada saat t tinggi air sebesar h, selang waktu dt air turun sebesar dh. Pengurangan air dalam pipa kecil dv = -dh.a... (1) Banyaknya air yang mengalir melalui tanah V = q.t = A. k.h/l. t Banyaknya air dalam waktu dt: dv = A. k.h/l. dt.. (2) Persamaan (1) = (2) -dh. a = A. k.h/l. dt Jika pengujian dalam waktu t detik air dalam pipa turun dari h 1 sampai h 2 : k = 2,303. a. l / A. t. log (h 1 /h 2 ) k = (a. l / A. t). ln (h 1 /h 2 )
Menentukan nilai k di lapangan Pengujian di laboratorium menggunakan sampel kecil yang diambil di lapangan, yang sering tidak mewakili tanah secara keseluruhan. Tanah di lapangan umumnya anisotropis, berlapis-lapis dan tidak homogen, shg untuk proyek besar perlu pengujian k langsung di lapangan.
sumur uji sumur observasi MA mula-mula MA setelah dipompa y1 y2 H h x1 x2
Dibuat sumur bor sebagai sumur uji hingga kedalaman lapisan tanah rapat air dan beberapa sumur observasi. Air sumur uji dipompa dengan debit konstan. Muka air akan turun, ditunggu sampai stabil. Diamati tinggi air sumur observasi. Air mengalir menuju sumur dari semua arah. Sesuai dengan hukum kontinuitas, debit menuju sumur lewat tiap silinder sama. k efektif : k = 2 2 y ln 2 ( q 1 p - x 2 1 y ) 1