RESIPAN (JARINGAN ALIRAN - EMPANGAN TANAH)

(1)

Objektif Am

:

Mengaplikasikan prinsip jaringan aliran bagi mendapatkan kuantiti resipan dan

tekanan air liang bagi empangan tanah

Objektif Khusus :

Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:-

1. melakarkan jaringan aliran melalui medium dan struktur tertentu bagi empangan tanah yang terletak di atas tapak tak telap air dengan saliran mengufuk

2. melakarkan jaringan aliran melalui medium dan struktur

tertentu bagi empangan tanah yang terletak di atas

tapak tak telap air dengan permukaan limpahan.

3. mengira kuantiti resipan dalam empangan tanah dengan saliran mengufuk.

4. mengira kuantiti resipan dalam empangan tanah dengan permukaan limpahan

5. mengira tekanan air liang pada titik tertentu dalam empangan tanah dengan saliran mengufuk

6.

_{mengira tekanan air liang pada titik tertentu dalam}

empangan tanah dengan permukaan limpahan

Unit 2 yang lepas menerangkan mengenai resipan dalam empangan konkrit dan di bawah cerucuk keping. Manakala dalam unit ini pula,

penekanan adalah resipan ke atas empangan tanah di atas tapak lapisan tak telap air dengan saliran mengufuk dan empangan tanah di atas tapak lapisan tak telap air dengan permukaan limpahan. Sebelum anda meneruskan kepada tatacara untuk melakarkan jaringan aliran tersebut,

terlebih dahulu dapatkan gambaran kasar perbezaan kedua-dua jenis empangan tanah ini

.

UNIT 3

RESIPAN

_{(JARINGAN ALIRAN -}

EMPANGAN TANAH)

(2)

NORAINAZAIDIMEGAT-PPD

INPUT

3.0 PENGENALAN

Apakah yang anda dapat gambarkan dengan empangan tanah jenis di atas tapak lapisan tak telap air dengan saliran mengufuk dan empangan tanah jenis di atas tapak lapisan tak telap air dengan permukaan limpahan ?

Sebagai pendedahan awal, sila rujuk rajah 3.0a dan 3.0b bagi menunjukkan bentuk empangan tanah tersebut dan perbezaannya.

saliran mengufuk ada penapis atau filter

Tiada penapis

dibahagian hujung dan air dibenarkan meresip pada permukaan limpahan

Empangan tanah dengan saliran mengufuk

Empangan tanah dengan permukaan limpahan

Rajah 3.0a : Empangan tanah dengan saliran mengufuk

(3)

terlebih dahulu garisan aliran teratas (top flow line , TFL) perlu ditentukan. Ini dapat dilakukan dengan mengikut prosedur tertentu. Untuk itu, kita mulakan dengan kes 1 iaitu empangan tanah di atas tapak tak telap air dan terdapat saliran mengufuk.

3.1 TATACARA PEMBINAAN GARIS ALIRAN TERATAS (TOP FLOW LINE TFL) - BAGI EMPANGAN TANAH DI ATAS TAPAK LAPISAN TAK TELAP AIR DENGAN SALIRAN MENGUFUK

Peralatan yang diperlukan dalam unit ini adalah : i. Kertas graf

ii. Jangka lukis iii. Jangka sudut

iv. Pembaris dan pensil

Rujuk rajah 3.1a

1. Lukiskan keratan empangan tanah mengikut skala yang sesuai.

2. Tandakan titik A, B, C, D, H & S di atas kertas lukisan tersebut. (Rajah 3.1a )

3. Tandakan titik G ( GS = 0.3 SH ) (Rajah 3.1b) 4. Tandakan titik F ( focal point) di bahagian atas

kiri saliran mengufuk ( penuras ).

5. Dengan ‘GF’ sebagai jejari dan titik G sebagai pusat lakaran, lakarkan lengkung supaya ianya memintas garisan air (water line) di titik I. Unjurkan ke bawah untuk mendapatkan garisan

IE yang dipanggil ‘directrix’.

6. Tandakan titik O yang terletak antara E dan F (Nota : Titik O dan G adalah terletak di atas

garisan parabola)

(4)

a. Lukiskan garis lurus menghala ke atas iaitu selari dengan directrix melalui mana-mana titik , katakan X1.

b. Ambil jarak dari X1 ke directrix iaitu titik E ke

X1 sebagai jejari (XX) dan titik F sebagai

pusat lengkungan. Lakarkan lengkungan. Penggalan garis tegak dan lengkung tersebut adalah titik parabola iaitu A1.

c. Titik lain di atas parabola (katakan A2 ) boleh

didapati dengan cara yang sama.

8. Hubungkan titik-titik tersebut di atas garisan parabola sehingga ke titik G.

9. Satu garisan yang bersudut tepat dilukis ke garisan AB sehingga ke titik S dan perlahan-lahan disambungkan ke garis parabola asal. 10. Garis aliran yang lain dilakarkan dimana

sempadan bagi garis aliran adalah dari O-F dan S -A sahaja. Seterusnya garis sama upaya pula dilakarkan .

A

B

C

D

H

S



(5)

(6)

(7)

Rajah 3.1g menunjukkan lakaran jaringan aliran yang telah siap bagi empangan tanah dengan saliran mengufuk.

(8)

Contoh 3.1a

Sebuah penapis atau saliran mengufuk disediakan pada satu empangan tanah isotropik seperti pada rajah di bawah untuk mengawal resipan. Lukiskan jaringan aliran bagi empangan tanah tersebut. (Lukis pada rajah yang disediakan)

PENYELESAIAN

A

B

C

D

9.5m

4m 3m 4m

(9)

AKTIVITI 3A

Uji kefahaman anda sebelum ke unit selanjutnya ... Sila semak jawapan anda pada maklum balas di halaman berikutnya.

SELAMAT MENCUBA ! !

Aktiviti 3A-1

Rajah aktiviti 3A-1 menunjukkan keratan empangan tanah dengan saliran mengufuk. Lakarkan jaringan aliran bagi empangan tanah tersebut. (Sila lakarkan pada kertas graf)

5m 28m

23m

1 1

10m

(10)

MAKLUM BALAS

(11)

INPUT

Seterusnya unit ini dilanjutkan bagi menentukan garisan aliran teratas (TFL) untuk empangan tanah dengan permukaan limpahan serta melakar jaringan alirannya.

3.2 TATACARA PEMBINAAN GARIS ALIRAN TERATAS (TOP FLOW LINE TFL) BAGI EMPANGAN TANAH DI ATAS LAPISAN TAK TELAP AIR DENGAN PERMUKAAN LIMPAHAN

Peralatan yang diperlukan dalam unit ini adalah : a. Kertas graf

b. Jangka lukis c. Jangka sudut

d. Pembaris dan pensil

Rujuk rajah 3.2a

1. Lukiskan keratan empangan tanah mengikut skala yang sesuai.

2. Tandakan titik A, B, C, D, H & S di atas kertas lukisan tersebut. (Rajah 12-3 )

3. Tandakan titik G ( GS = 0.3 HS ) (Rajah 13-3 )

4. Tandakan titik F ( focal point) dimana titik F sama dengan titik D.

5. Dengan ‘GF’ sebagai jejari dan titik G sebagai pusat lakaran, lakarkan lengkung supaya ianya memotong garisan air ( water line ) di titik I. Unjurkan ke bawah untuk mendapatkan garisan IE yang dipanggil

‘directrix’.

6. Tandakan titik O yang terletak antara E dan F.

(Nota : Titik O dan G adalah terletak di atas garisan parabola)

(12)

a. Lukiskan garis lurus menghala ke atas iaitu selari dengan directrix melalui mana-mana titik , katakan Y1.

b. Ambil jarak dari Y1 ke directrix (YY1) iaitu titik E

sebagai jejari dan titik F sebagai pusat lengkungan. Lakarkan lengkungan. Penggalan garis tegak dan lengkung tersebut adalah titik parabola iaitu A1.

c. Titik lain di atas parabola (katakan A2 ) boleh

didapati dengan cara yang sama.

8. Dapatkan ( a +  a ) iaitu dari titik persilangan lengkungan sehingga ke titik F.

( Ukur jarak ( a +  a ) dengan pembaris seperti pada rajah yang ditunjukkan)

9. Tentukan nilai sudut empangan  , dan seterusnya gunakan jadual yang disertakan untuk membuat pembetulan dan seterusnya dapatkan nilai  a. Unjurkan garisan dari  a dan dapatkan titik M. Seterusnya sambungkan garislengkung ke titik M dan terus ke F. (MF adalah garis lurus )

10. Langkah seterusnya adalah seperti yang ditunjukkan pada gambarajah yang disertakan iaitu melakarkan garisan aliran dan garisan sama upaya yang lainnya pada empangan yang diberikan.

Jadual pembetulan 

(13)

A

B

C

D

D/F

H

S

G

directrix garisan air

GS = 0.3 HS

I

E

O

GF sebagai jejari dan G sebagai pusat

lengkung

tangen



Lapisan tak telap Lapisan tak telap

Rajah 3.2a

(14)

Rajah 3.2c

(15)

A

Rajah 3.2e

(16)

Lakaran jaringan aliran yang telah siap bagi empangan tanah dengan permukaan limpahan

Rajah 3.2g

(17)

Rajah Contoh 3.2 menunjukkan satu empangan tanah dengan permukaan limpahan. Dapatkan TFL( garisan aliran teratas) dan seterusnya lakarkan jaringan aliran bagi empangan tanah tersebut.

Penyelesaian Contoh 3.2

A

B

C

D

9.5m

5m

4

3 0.5m

(18)

AKTIVITI 3B

Uji kefahaman anda sebelum ke unit selanjutnya ...

Sila semak jawapan anda pada maklumbalas di halaman berikutnya.

Aktiviti 3B-1

Rajah Aktiviti 3B-1 menunjukkan keratan empangan tanah dengan permukaan limpahan. Lakarkan jaringan aliran bagi empangan tanah tersebut. (Sila lakarkan pada kertas graf)

28m 23m

1 1

10m

(19)

MAKLUMBALAS

(20)

INPUT

3.3 PENGIRAAN KUANTITI RESIPAN, TEKANAN AIR LIANG DALAM EMPANGAN TANAH.

3.3.1 Pengiraan kuantiti resipan

Ambil satu petak segi empat yang merupakan persilangan antara garis aliran dengan garis sama upaya, seperti pada Rajah 22-3. Andaikan S sebagai panjang sempadan segi empat sama dan kehilangan tekanan tirus dari AD ke BC adalah dh.

Di mana :

dh = H

Ne

H = perbezaan tekanan antara bahagian hulu dengan bahagian hilir cerucuk atau

empangan

Ne = bilangan jalur sama upaya.

Dari Hukum Darcy,

q = k i A

= k A h/L di mana h/L = dh/s

iaitu kadar alir dari AD ke BC bagi satu unit lebar

D

C A

B

Aliran

 S

(21)

= k dh

Oleh itu kadar alir untuk keseluruhan jaring aliran

Q/Nf = k dh di mana Nf = bilangan jalur aliran

Tetapi diketahui bahawa dh = H/Ne

Oleh itu persamaan kadar alir resipan menjadi :

Q = k H Nf

Ne

3.3.2 Tekanan air liang (U )

U = hw x w

hw = z - h

di mana :

hw = tinggi turus piezometer dari titik yang dicari.

h = kehilangan keupayaan/turus pada titik yang dicari

z = tinggi titik yang dicari dari datum

(22)

Contoh 3.3a

Rujuk Rajah Contoh 3.3a yang menunjukkan empangan tanah dengan saliran mengufuk. Lakarkan jaringan aliran bagi empangan tersebut dan seterusnya dapatkan kuantiti resipan dan tekanan air liang bagi titik X jika di beri k = 1.5 x 10-3 mm/s.

Penyelesaian

Daripada lakaran Rajah pada m/s 23, NF = 4, Ne = 9, H = 9.5m

Turus tekanan pada titik X

Tiub piezometrik ditunjukkan pada titik X pada garis sama

(23)

iaitu aras air di dalam tiub ialah 6.12 m di bawah datum. Titik X berjarak 5.5m ( 9.5m – 4.0m ) di bawah datum, iaitu dengan turus ketinggian 5.5m. Tekanan air liang di titik X boleh dikira daripada Teorem Bernoulli :

UX = w [ ( zX ) - hx ]

= 9.81 x ( 6.12 - 5.5 ) = 6.08 kN/m2

(24)

Contoh 3.3b

Rajah Contoh 3.3b menunjukkan satu empangan tanah dengan permukaan limpahan. Dapatkan TFL( garisan aliran teratas) dan seterusnya lakarkan jaringan aliran bagi empangan tanah tersebut. Kirakan tekanan air liang pada titik Y jika diberi k = 1.5 x 10-3 mm/s.

Penyelesaian

Daripada lakaran Rajah pada m/s 23, NF = 4, Ne = 8, H = 9.5m

Turus tekanan pada titik Y

Tiub piezometrik ditunjukkan pada titik Y pada garis sama

(25)

hY =

e y

N n

H = 9.5 8

2 . 1 _

= 9.5m

iaitu aras air di dalam tiub ialah 6.12 m di atas datum. Titik Y berjarak 5.0m ( 10m –5.0m ) di bawah datum, iaitu dengan turus ketinggian 5.0m. Tekanan air liang di titik Y boleh dikira daripada Teorem Bernoulli :

Uy = w [ zy - ( hy ) ]

= 9.81 x ( 9.5 - 5.0 ) = 42.75 kN/m2

(26)

AKTIVITI 3C

Uji kefahaman anda sebelum ke unit selanjutnya ...

Sila semak jawapan anda pada maklum balas di halaman berikutnya.

Aktiviti 3C-1

Rajah Aktiviti 3C-1 menunjukkan satu empangan tanah dengan saliran mengufuk. Berdasarkan data-data yang diberikan, dapatkan TFL( garisan aliran teratas) dan seterusnya lakarkan jaringan aliran bagi empangan tanah tersebut. Kirakan kadar alir dan tekanan air liang pada titik X jika diberi k = 2.5 x 10-3 mm/s.

5m 28m

23m

1 1

10m

Rajah aktiviti 3C-1

8m

(27)

Rajah Aktiviti 3C-2 menunjukkan satu empangan tanah dengan permukaan limpahan. Berdasarkan data-data yang diberikan, dapatkan TFL( garisan aliran teratas) dan seterusnya lakarkan jaringan aliran bagi empangan tanah tersebut. Kirakan tekanan air liang pada titik X jika diberi k = 2.5 x 10-3 mm/s.

28m 23m

1 1

10m

Rajah Aktiviti 3C-2

Y

5m

(28)

MAKLUMBALAS

Penyelesaian Aktiviti 3C-1

Daripada lakaran Rajah pada m/s 30, NF = 5, Ne = 11, H = 23m

(29)

(30)

Penyelesaian Aktiviti 3C-2

Turus tekanan pada titik Y

(31)

(32)

PENILAIAN KENDIRI

Anda telah menghampiri kejayaan.

Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini bagi mengetahui objektif unit ini telah tercapai.

Jika ada masalah yang timbul, ... Sila berbincang dengan pensyarah anda. SELAMAT MENCUBA ! ! !

SEMOGA BERJAYA ! ! !

SOALAN 1

Lakarkan jaringan aliran bagi empangan tanah dengan saliran mengufuk pada rajah S1 di bawah dan dapatkan kadar alir resipan serta tekanan air liang pada titik A jika diberi k = 6.2 x 10-3 mm/s.

A

8m

16m

4 3

5m 10m

Lapisan tak telap air

Rajah S1

(33)

SOALAN 2

 30 60 90 120 150 180

 

a

a a

0.37 0.32 0.25 0.18 0.1 0

Lakarkan jaringan aliran bagi Rajah S2 di atas serta dapatkan kadar alir resipan dan tekanan air liang di titik X. Ambil k = 5.8 x 10-3 mm/s.

Lapisan tak telap 8m

15m

X

30m 27m

3 4

(34)

MAKLUM BALAS KENDIRI

Adakah anda telah mencuba dahulu ?

Jika YA, Sila semak jawapan anda

.

SOALAN 1

Turus tekanan pada titik A

(35)

(36)

SOALAN 2

(37)