• Tidak ada hasil yang ditemukan

AIR TANAH, PERMEABILITAS, DAN REMBESAN

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2018

Membagikan "AIR TANAH, PERMEABILITAS, DAN REMBESAN"

Copied!
20
0
0

Teks penuh

(1)

AIR TANAH, PERMEABILITAS,

DAN REMBESAN

(2)

Air tanah didefinisikan sebagai air yang terdapat di bawah permukaan bumi.

Salah satu sumber utama air ini adalah air hujan yang meresap ke dalam tanah lewat ruang pori diantara butiran tanahnya.

Air biasanya sangat berpengaruh pada sifat-sifat teknis tanah, khususnya tanah berbutir halus.

Demikian juga, air merupakan faktor yang sangat penting dalam masalah-masalah teknis yang berhubungan dengan tanah seperti :

Penurunan

Stabilitas pondasiStabilitas lereng, dll

Terdapat 3 zone penting di lapisan tanah yang dekat dengan permukaan bumi yaitu :

Zone Jenuh AirZone Kapiler

Zone Jenuh Sebagian

(3)

Pada Zone Jenuh Air, atau zone di bawah muka air tanah, air mengisi seluruh rongga-rongga tanah.

Pada zone ini tanah dianggap dalam kedudukan jenuh sempurna.Batas atas dari zone jenuh adalah permukaan air tanah (water

table) atau permukaan freatis.

Pada permukaan air tanah, tekanan hidrostatis adalah nol.

Zone Kapiler terletak di atas zone jenuh. Ketebalan zone ini

tergantung dari jenis tanahnya.

Akibat tekanan kapiler, air terhisap ke atas mengisi ruangan diantara butiran tanah. Pada keadaan ini, air mengalami tekanan negatif.

Zone tak jenuh atau zone jenuh sebagian, berkedudukan paling

atas, adalah zone di dekat permukaan tanah, dimana air dipengaruhi oleh penguapan dan akar tumbuh-tumbuhan.

(4)

Menurut persamaan Bernoulli, tinggi energi total pada suatu titik di dalam air yang mengalir dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dari tinggi tekan, tinggi kecepatan, dan tinggi elevasi, yaitu :

Gradien Hidrolik

z

2g

v

γ

p

h

2

w

Tinggi tekanan

Tinggi kecepatan

Tinggi elevasi

Dimana :

h = tinggi energi total

p = tekanan

v = kecepatan

g = percepatan gravitasi

(5)

Apabila persamaan Bernoulli tersebut dipakai untuk air yang mengalir melalui pori-pori tanah, bagian pearsamaan yang mengandung tinggi kecepatan dapat diabaikan.

Hal ini disebabkan karena kecepatan rembesan air di dalam tanah adalah sangat kecil. Sehingga tinggi energi total pada suatu titik dapt dinyatakan sbb :

Gradien Hidrolik

z energi total dari suatu aliran air di dalam tanah.

Tabung pizometer dipasang pada titik A dan titik B.

Ketinggian air di dalam tabung pizometri A dan B disebut sebagai muka pizometer (piezometric level) dari titik A dan B.

Kehilangan energi antara titik A dan B :

(6)

Kehilangan energi Δh tersebut dapat dinyatakan balam bentuk persamaan tanpa dimensi yaitu :

Gradien Hidrolik

L

h

i

Dimana :

i = gradien hidrolik

(7)

 Darcy (1956) memperkenalkan hubungan antara kecepatan aliran air dalam tanah (v) dan gradien hidrolik, sbb :

Hukum Darcy

i

k

v

dimana : v = kecepatan aliran air dalam tanah (cm/det)

k = koefisien permeabilitas (cm/det)

i = gradien hidrolik

 Selanjutnya, debit rembesan (q) dapat ditulis dengan :

dengan

k

i

A = luas penampang tanah.

A

q

 Koefisien permeabilitas/koefisien rembesan, (k) mempunyai satuan yang sama dengan satuan kecepatan yaitu cm/detik atau mm/det, dan menunjukkan ukuran tahanan tanah terhadap aliran air.

 Bila pengaruh sifat-sifat air dimasukkan, maka :

g

K

det

cm

k

w

)

/

(

dengan :

K = koefisien absolut (cm2), tergantung

dari sifat butirannya.

ρw = kerapatan air (gr/cm3)

μ = koefisien kekentalan air (gr/cm det)

(8)

 Karena air hanya dapat mengalir lewat ruang pori, maka kecepatan

nyata rembesan lewat tanah (vs) adalah, sbb :

dengan n = porositas tanah

Hukum Darcy

 Beberapa nilai koefisien permeabilitas (k) dari berbagai jenis tanah diperlihatkan pada tabel berikut, dimana nilai k tersebut biasanya dinyatakan pada temperatur 20 0C.

n

i

k

v

atau

n

v

v

s

s

Jenis Tanah k (mm/det)

Butiran kasar 10 – 103

Kerikil halus, butiran kasar bercampur

pasir butiran sedang 10-2 – 10

Pasir halus, lanau longgar 10-4 – 10-2

Lanau padat, lanau berlempung 10-5 – 10-4

(9)

Pengujian Permeabilitas di Laboratorium

Terdapat empat macam cara pengujian untuk

menentukan koefisien permeabilitas di laboratorium,

yaitu :

a) Pengujian tinggi energi tetap (

Constan-head

)

b) Pengujian tinggi energi turun (

falling-head

)

c) Penentuan secara tidak langsung dari pengujian

konsolidasi.

(10)

• Pengujian constant-head ini cocok untuk jenis tanah granular (berbutir). • Prinsip pengujiannya, tanah benda uji

diletakkan di dalam silinder.

• Pemberian air dari pipa masuk dijaga sedemikian rupa sehingga

perbedaan tinggi air pada pipa masuk dan pipa keluar (h) selalu konstan selama percobaan.

• Pada kedudukan ini tinggi energi hilang adalah h.

• Setelah kecepatan aliran air yang melalui contoh tanah menjadi konstan, banyaknya air yang keluar ditampung dalam gelas ukur (Q) dan waktu pengumpulan air dicatat (t).

 Volume air yang terkumpul adalah :

Pengujian Permeabilitas dengan Cara Tinggi

Energi Tetap (Constant-head)

t

A

i

k

t

q

Q

Dengan A adalah luas penampang benda uji, dan L adalah panjangnya. Karena i = h/L, maka :

Q = k (h/L) i A t sehingga :

t A h

(11)

Contoh Soal

Hitung besarnya koefisien permeabilitas suatu contoh tanah

berbentuk silinder mempunyai Ø 7,3 cm dan panjang 16,8 cm akan ditentukan permeabilitasnya dengan alat pengujian permeabilitas

constant-head.

Tinggi tekanan konstan sebesar 75 cm di kontrol selama masa

pengujiannya.

Setelah 1 menit pengujian berjalan, air yang tumpah pada gelas ukur

ditimbang, beratnya 940 gram.

Temperatur pada waktu pengujian 20 0C.

Solusi :

- Luas penampang benda uji (A) = ¼ π D2 = ¼ π 7,32 = 41,9 cm2. - Volume air pada gelas ukur = 940 cm3, karena

γ

w = 1 gr/cm3.

- Koefisien permeabilitas :

det / cm ,

,

, t

A h

L Q

k 0 08

60 1

9 41 75

8 16 940

 

 

 

(12)

• Pengujian falling-head ini cocok untuk jenis tanah berbutir halus.

• Prinsip pengujiannya, tanah benda uji diletakkan di dalam silinder.

• Pipa pengukur didirikan di atas benda uji kemudian air dituangkan ke dalamnya dan air dibiarkan mengalir melewati benda uji.

• Perbedaan tinggi air pada awal pengujian (t1 = 0) adalah h1.

• Kemudian air dibiarkan mengalir melewati benda uji sampai waktu tertentu (t2) dengan perbedaan tinggi muka air adalah h2.

Pengujian Permeabilitas dengan Cara Tinggi

Energi Turun (Falling-head)

• Debit air yang mengalir melalui benda uji pada waktu t adalah sbb :

dt

dh

a

dt

dv

A

L

h

k

A

i

k

(13)

Sehingga :

Dimana :

h = perbedaan tinggi muka air pada sembarang waktu

A = luas penampang contoh tanah

a = luas penampang pipa

pengukur

L = panjang contoh tanah

Pengujian Permeabilitas dengan Cara Tinggi

Energi Turun (Falling-head)

(14)

Contoh Soal

Pada pengujian permeabilitas falling-head diperoleh data sbb :Luas penampang benda uji A = 20 cm2;

Luas pipa pengukur a = 2 cm2;

Sebelum contoh tanah diuji, tahanan saringan alat pengujian

falling-head diuji terlebih dahulu. Hasilnya, waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan air di pipa bagian atas dari 100 cm menjadi 15 cm adalah 5 detik.

Kemudian controh tanah tebal 5 cm dimasukkan ke dalam

tabung silinder untuk diuji.

Waktu yang diperlukan untuk penurunan muka air dari 100 cm

menjadi 15 cm adalah 2,5 menit.

Hitunglah koefisien permeabilitas tanah ini dengan cara

pengujian falling-head.

Solusi :

(15)

Solusi

(lanjutan)

Debit air yang lewat adalah sama pada masing-masing potongan tanahnya.

Dimana debit = luas x kecepatan.

Oleh karena kedua tanah terletak pada luas tabung yang sama, maka

kecepatan pada masing-masing tanah juga sama.

Berdasarkan hukum Darcy : v = k i

Untuk Tanah 1 :

1 1 1

l h k

v

1 1 1

k l v

h

Untuk Tanah 2 :

2 2 2

l h k

v

2 2 2

k l v

h

(16)

Solusi

(lanjutan)

• Jika kz adalah koefisien permeabilitas rata-rata untuk kedua lapisan, maka :

(17)

Solusi

(lanjutan)

Dari persamaan koefisien permeabilitas untuk falling head :

Untuk aliran lewat kedua lapisan tanah, t = 2,5 menit = 150 detik

2

Untuk aliran hanya lewat tanah 1 (pengukuran tahanan saringan) :

(18)

• Koefisien permeabilitas tanah (lempung ) dari 10-6 sampai 10-9

cm/det dapat ditentukan dalam sebuah falling head permeameter

yang direncanakan khusus dari percobaan konsolidasi.

• Pada alat ini, luas benda uji dibuat besar.

• Panjang lintasan air L dibuat kecil dan tinggi h dibuat besar.

Penentuan Koefisien Permeabilitas

dari Pengujian Konsolidasi

• Untuk menghindari penggunaan pipa yang tinggi, tinggi tekanan dapat dibuat dengan jalan pemberian tekanan udara.

• Penentuan koefisien permeabilitas diperoleh dari persamaan konsolidasi sebagai berikut :

dengan :

Tv = faktor waktu

Cv = koefisien konsolidasi

H = panjang rata-rata lintasan drainase

t = waktu pengaliran

2 v v

(19)

• Persamaan koefisien konsolidasi, adalah : dengan :

γw = berat jenis air

mv = koefisien kompresibilitas volume

e = perubahan angka pori pada perubahan bebannya

Δσ = tambahan tekanan yang diterapkan .

Penentuan Koefisien Permeabilitas

dari Pengujian Konsolidasi

• Substitusi dari ketiga persamaan tersebut, menghasilkan :

(20)

• Benda uji setebal 2,74 cm diletakkan diantara batu tembus air alat konsolidasimeter.

• Dari percobaan dihasilkan waktu untuk mencapai derajat penurunan konsolidasi 50% (t50) = 12 menit.

• Hitung koefisien konsolidasi dari benda uji.

• Dianggap bahwa benda uji pada tekanan p1 = 1,473 kg/cm2 mempunyai angka pori e1 = 0,585.

• Pada akhir pengujian tekanan p2 = 2,946 kg/cm, angka pori e2 = 0,499. • Penyelesaian :

Pada pengujian ini, nilai e rata-rata = (0,585 + 0,499)/2 = 0,542

Contoh Soal

T50 = 12 menit = 720 detik

Karena kondisi drainase dari contoh benda uji adalah drainase atas dan bawah, maka H = 2,74/2 cm.

Koefisien permeabilitas selama pengujian ini :

Referensi

Dokumen terkait

Air tanah dalam Sukardi (1984) adalah air yang terdapat di bawah permukaan tanah dalam ruang antara pada suatu lajur jenuh. Air tanah berasal dari daur sistem adanya

Injeksi yang diberikan pada lapisan vadose dapat mengakibatkan permukaan air menurun, permebalitas udara dalam tanah meningkat, volume tanah efektif yang tersedia

Susunan lapisan atmosfer dari bagian yang dekat dengan permukaan bumi ke bagian luar bumi adalah.. Lapisan atmosfer yang paling dekat dengan permukaan

Kemampuan metode geolistrik dalam menganalisis nilai resistivitas lapisan bawah permukaan bumi termasuk air tanah dilakukan dengan cara menginjeksi dua buah elektroda ke dalam

Air tanah adalah semua air yang terdapat dalam lapisan tanah atauB. batuan di bawah

Air tanah preatis adalah air tanah yang letaknya tidak jauh dari permukaan tanah serta berada di atas lapisan kedap air / impermeable.. Air

Bila kita lihat profil tanah selama infiltrasi, maka lapisan permukaan pada kedalaman beberapa mm atau cm di permukaan kondisinya jenuh (saturation zone), kemudian

Air Permukaan Jenis air permukaan merupakan air hujan yang mengalir diatas permukaan bumi dikarenakan tidak mampu terserap kedalam tanah dikarenakan lapisan tanahnya bersifat rapat