Gambarkan jaringan aliran untuk penampang bendungan tanah yang tidak homogen yang ditunjukkan pada Gambar 2.22, dan hitu�g besarnya rembesan yang melalui bendungan
66 Mekanika Tanah
0 1 0 20 30 m
Gambar 2.22. (Direproduksi dari Cedergren, H.R. (1967) Seepage, Drainage and Flow Nets, ©John Wiley and Sons, Inc, New York, dengan izin).
tersebut. Zona 1 dan 2 adalah isotropik dengan koefisien permeabilitas masing-masing 1 ,0 x 1 0-7 m/detik dan 4,0 x 10-7 m/detik.
Perbandingan
kdk
1 = 4. Parabola dasar tidak dapat digunakan pada kasus ini. Tiga kondisi dasar yang harus dipenuhi dalam suatu jaringan aliran adalah:1 . Interval vertikal antara titik-titik potong garis ekipotensial dengan garis aliran teratas harus sama.
2. Jika bagian jaringan aliran pada zona 1 berupa bujursangkar maka bagian jaring an aliran pada zona 2 harus berupa persegi panjang kurvilinear dengan perbanding an panjang/lebar sebesar 4.
3. Untuk masing-masing garis aliran, kondisi transfer (Persamaan 2.26) harus di penuhi pada batas antar zona.
Jaringan aliran ditunjukkan pada Gambar 2.22. Pada jaringan aliran ini ada 3,6 alur aliran dan 8 penurunan ekipotensial. Besamya rembesan per satuan panjang diberikan oleh persamaan di bawah ini:
' -- 1 ,0 X 1 0 - 7 X 16 -3,6 X
S
= 7 ,2 X 10-7 ill 3/ detik.(Jika bentuk bujursangkar digunakan pada zona 2, maka bentuk persegi panjang dengan panjang/lebar 0,25 harus digunakan pada zona 1 , dan k2 harus digunakan pada persamaan rembesan).
2. 9. Grouting
Permeabilitas tanah berbutir-kasar dapat diperkecil dengan cara grouting. Proses tersebut terdiri dari penyuntikan suatu cairan yang sesuai, dikenal dengan sebutan grout, ke da lam pori-pori tanah. Grout tersebut secara berangsur-angsur akan mengeras, sehingga
kekuatan tanah. Cairan yang digunakan untuk grouting meliputi campuran semen dan air, suspensi lempung, larutan kimia, seperti sodium silikat atau damar sintetis, dan emulsi bitumen. Penyuntikan (injection) biasanya dilakukan ke dalam suatu pipa yang dimasuk kan ke dalam tanah atau ditempatkan ke dalam lubang bor dan di tahan dengan sebuah selubung.
Distribusi ukuran partikel tanah menunjukkan jenis grout yang akan digunakan. Partikel-partikel suspensi dalam grout, seperti semen atau lempung, akan merembes pori pori tanah bila ukuran pori-pori tanah lebih besar dari ukuran partikel tersebut; pori-pori yang lebih kecil dari ukuran ini akan menghalangi partikel untuk menembus tanah. Grout semen dan lempung hanya cocok untuk kerikil dan pasir kasar. Untuk pasir sedang dan pasir halus, grout yang digunakan adalah jenis larutan a tau emulsi.
Luasnya perembesan untuk suatu tanah tertentu tergantung pada viskositas grout dan tekanan pada waktu penyuntikan. Faktor-faktor ini menentukan jarak yang dibutuh kan antara titik-titik penyuntikan. Tekanan penyuntikan harus dipertahankan di bawah tekanan tanah di atasnya, bila tidak akan terjadi pengangkatan (heaving) permukaan tanah dan celah-celah (fissures) di dalam tanah akan terbuka. Untuk tanah yang me miliki variasi ukuran butiran yang besar, adalah bijaksana untuk menggunakan penyuntik an primer dengan grout yang viskositasnya relatif tinggi untuk mengatasi pori-pori yang besar, kemudian diikuti dengan penyuntikan sekunder dengan grout yang viskositasnya relatif rendah untuk pori-pori yang lebih kecil.
2. 10. Pengangkatan Akibat Pembekuan
Pengangkatan akibat pembekuan (frost heave) adalah peristiwa naiknya permukaan tanah akibat aksi bunga es (frost). Pembekuan air disertai dengan kenaikan volume sebesar kurang lebih 9%. Karena itu pada tanah jenuh, volume pori-pori di atas daerah pembekuan akan naik sebesar 2,5% sampai 5% tergantung dari besarnya angka pori. Bagaimanapun juga, pada keadaan tertentu, kenaikan volume yang lebih besar dapat terjadi akibat terbentuknya lensa-lensa es di dalam tanah.
Pada tanah yang memiliki tingkat kejenuhan tinggi, air pori di dekat permukaan tanah akan membeku bila suhunya lebih rendah dari 0°C. Makin dalam tanah yang ditinjau, makin tinggi suhunya, tetapi selama suhu tanah masih di bawah 0°C daerah pembekuan akan meluas ke bawah secara bertahap. Batas penetrasi bunga es di Inggris Raya biasanya diasumsikan sebesar 0,5 m meskipun pada kondisi-kondisi khusus kedalaman ini bisa mencapai I m. Suhu yatig menyebabkan pembekuan air di dalam pori-pori tanah ter gantung pada ukuran pori-pori. Makin kecil pori-pori, makin rendah suhu pembekuan. Oleh karena itu air pada mulanya membeku pada pori-pori yang lebih besar, dan tetap tidak beku pada pori-pori yang lebih kecil. Pada saat temperatur turun di bawah nol, maka daya hisap air akan menjadi lebih besar dan air berpindah ke arah es pada pori-pori yang lebih besar, ditarik oleh gaya-gaya permukaan kristal es, kemudian membeku dan menambah volume es. Perpindahan yang berkelanjutan secara bertahap mengakibatkan terbentuknya lensa-lensa es dan naiknya permukaan tanah. Proses tersebut akan berlanjut hanya bila bagian dasar zona pembekuan berada dalam zona kenaikan kapiler, sehingga air dapat berpindah ke atas dari bawah muka air tanah. Besarnya pengangkatan akibat pembekuan akan turun dengan turunnya derajat kejenuhan tanah. Jika-terjadi pencairan es, tanah yang sebelumnya membeku akan mengandung air yang berlebihan sehingga menjadi lembek dan kekuatannya berkurang.
68 Mekanika Tanah Pada kasus tanah berbutir-kasar tanpa atau dengan sedikit butiran halus, secara virtual pori-porinya cukup besar untuk terjadi pembekuan pada keseluruhan tanah dan satu-satu nya kenaikan volume diakibatkan oleh naiknya volume air pada waktu pembekuan sebesar
9%.
Pada tanah dengan permeabilitas sangat rendah, perpindahan air dibatasi oleh lambat nya laju aliran. Akibatnya pembentukan lensa-lensa es juga terbll;tas. Akan tetapi, adanya celah-celah dapat memperbesar laju perpindahan. Kondisi terburuk pada perpindahan air terjadi pada tanah yang memiliki persentase partikel berukuran lanau yang tinggi; tanah seperti itu biasanya memiliki jaringan yang pori-porinya kecil, walaupun, pada saat yang sama, permeabilitasnya tidak terlalu rendah. Tanah bergradasi baik diperhitungkan mudah membeku jika lebih dari 3% partikelnya lebih kecil dari 0,02 mm. Tanah bergradasi buruk diperhitungkan mudah membeku jika lebih dari 10% partikelnya lebih kecil dari 0,02 mm.Soal-soal
2. 1 . Pada uji permeabilitas tinggi jatuh (falling head) tinggi energi awal 1 ,00 m jatuh menjadi 0,35 m dalam 3 jam, diameter pipa tegak 5 mm. Contoh tanah memiliki panjang 200 mm dan diameter 100 mm. Hitunglah koefisien permeabilitas tanah terse but.
2.2. Suatu timbunan tanah setebal 16 m terletak di atas tanah kedap air : koefisien per meabilitas tanah 10-6m/detik. Suatu dinding turap (sheet pile) dipancang sedalam
12,00 m pada timbunan terse but. Perbedaan tinggi muka air antara dua turap adalah 4,00 m. Gambarkan jaringan aliran dan hitung besarnya rembesan di bawah turap. 2.3. Gambarkan jaringan aliran untuk rembesan di bawah suatu struktur seperti pada
Gambar 2.23, dan hitunglah besarnya rembesan koefisien permeabilitas tanah adalah 5 X 1 0-5 m/detik. Berapakah gaya angkat (uplift) pada dasar struktur?
2,50 ni
r
9,00 mI
3,00 m 5,00 m 5,00 m 9,00 m
-
-. 2,50 m 2,�:t=
� - � ' 2,00 mllf- -
_j_ / I ' Gambar 2.24. 2,00 m · 3,00 mt
-3,00 m t-3,50 m Gambar 2.25.2.4. Potongan melintang bendungan pengelak (cofferdam) ditunjukkan pada Gambar 2.24, dengan koefisien permeabilitas tanah sebesar 4 X w -7m/detik. Gambarkan jaringan aliran dan hitung besarnya rembesan yang masuk ke bendungan pengelak terse but.
2.5. Potongan melintang bagian dari suatu bendungan pengelak ditunjukkan pada Gambar 2.25, dengan koefisien permeabilitas tanah sebesar 2,0 X 1 0-6m/detik. Gambarkan jaringan alirannya dan hitunglah besamya rembesan.
2.6. Potongan melintang sebuah bendungan seperti pada Gambar 2.26 terletak pada tanah anisotropik. Koefisien permeabilitas pada arah
x
dan z masing-masing adalah 5 x1 0-7 m/detik dan I
,8
X w-7 m/detik. Hitunglah besamya rembesan di bawah bendungan tersebut?2.7. Sebuah bendungan tanah seperti pada Gambar 2.27 mempunyai koefisien permeabili tas arah horizontal dan vertikal masing-masing sebesar 7,5 x w-6 m/detik dan 2,7 x
I 0-6m/detik. Gambarlah garis aliran teratas pada bendungan tersebut, dan hitunglah besarnya rembesan yang melalui bendungan tersebut.
70 Gambar 2.26. 1 0,00 m
-j
f-�� m Mekanika Tanah , •. ... · 1 5,00 m Gambar 2.27. 5,00 m k 2 Gambar 2.28.2.8. Hitunglah besarnya rembesan di bawah bendungan seperti pada potongan Gambar 2.28. Kedua lapisan tanahnya adalah isotropik dan koefisien permeabilitas pada lapisan atas dan bawah masing-masing adalah 2,0 X 1Q-6 m/detjk dan 1,6 X 1Q-5m/ detik.
Referensi
2. 1 Casagrande, A. (1 940): 'Seepage Through Dams', in Contributions to Soil Mechanics 1925-1940, Boston Society of Civil Engineers. 2.2 Cedergren, H. R. (1 967): Seepage, Drainage and Flow N ets, John Wiley
and Sons, New York.
2.3 Harr, M. E. ( 1 962): Groundwater and Seepage, McGraw-Hill, New York.
2.4 Hvorslev, M. J. ( 1 95 1 ): Time Lag and Soil Permeability in Ground Water Observations, Bulletin No. 36, Waterways Experimental Station, U.S. Corps of Engineers, Vicksburg, Mississippi.
2.5 Ischy, E. dan Glossop, R. ( 1962): 'An Introduction to Alluvial Grouting', Proceedings ICE, Vol. 2 1 .
2.6 Sherard, J. L., Woodward, R. J., Gizienski, S. F. dan Clevenger, W. A. ( 1963): Earth and Earth-Rock Dams, John Wiley and Sons, New York. 2.7 Taylor, D. W. ( 1948): Fundamentals of Soil Mechanics, John Wiley
and Sons, New York.
2.8 Vreedenburgh, C. G. F. ( 1936): 'On the Steady Flow of Water Percolating through Soils with Homogeneous-Anisotropic Perme ability', Proceedings 1st International Conference SMFE, Cambridge, Massachusetts, Vol. 1 .
BAB 3