Aliran Air Tanah II -FFA 2021

(1)

Mekanika Tanah

Aliran Air Tanah II

(2)

Mekanika Tanah

•

Referensi:

• Craig R.F. (1992), Soil Mechanics, Fifth Edition, Chapman & Hall

• Das, B.M. (1990), Principle of Geotechnical Engineering, PWS- KENT Publishing Company.

• Hardiyatmo, H.C. (2004), Mekanika Tanah I

• Fathani, T.F. (2006), Bahan Ajar Mekanika Tanah I

• Internet

(3)

Definisi Akuifer

• Kata ‘aquifer’ berasal dari Bahasa Latin: aqui yang berasa dari aqua, berarti “air”, dan fer, berasal dari ferre, berarti “mengandung/menahan”

• Jadi, akuifer adalah istilah untuk formasi geologi berpori yang:

• (1) mengandung air pada saturasi penuh (yaitu, seluruh pori yang saling berhubungan terisi air), dan

• (2) memungkinkan air untuk bergerak melalui pori dalam kondisi normal

• Ini berarti bahwa suatu formasi geologi dapat

ditetapkan sebagai akuifer atau tidak, tergantung pada kemampuannya untuk menyimpan dan

mengalirkan air relatif terhadap formasi lain di

sekitarnya.

(4)

Aquitard dan Aquifuge

• Aquitard adalah formasi geologis semi lolos air (semipervious) yang mengalirkan air dengan

lambat dibandingkan dengan akuifer.

• Memiliki dimensi relatif tipis dibandingkan

akuifer, memiliki permeabilitas yang relatif jauh lebih kecil dibanding akuifer dan meliputi area yang luas

• Aquifuge, formasi kedap yang tidak mengandung

air dan tidak mengalirkan air

(5)

Akuifer

•

Formasi geologi terdiri dari bagian padat disebut matriks padat dan ruang hampa (void/ pori)

•

Secara umum, ruang hampa dapat berisi sebagian fase cair (air), dan sebagian fase gas (udara).

•

Hanya celah/void yang terhubung yang dapat bertindak

sebagai saluran dalam mengalirkan air dalam formasi.

(6)

• (a) Well-sorted sedimentary deposit having high porosity; (b) Poorly sorted sedimentary deposit having low porosity; (c) Well-sorted sedimentary

deposit consisting of porous pebbles, so that the deposit as a whole has a very high porosity; (d) Well-sorted sedimentary deposit whose porosity has been diminished by the deposition of mineral matter in the interstices; (e) Rock rendered porous by solution; and (f) Rock rendered porous by

fracturing (after Meaner, 1942).

(7)

Distribusi Kelembaban dalam Profil Vertikal Tanah

•

Zona kelembaban bawah permukaan (Bear, 1979)

(8)

(a) Confined aquifer (b) Phreatic aquifer (c) Perched aquifer (d) Leaky aquifer (Bear and Cheng, 2010)

(9)

Akuifer

(10)

Steady state → Jumlah air tanah yang mengalir ke dalam sumur uji per satuan waktu (debit = q) adalah sama dengan jumlah air yang dipompa keluar dari sumur uji per satuan waktu:

dr A k dh kiA

vA

q = = = ( )

dh q h

k r

dr

^h

h r

r

 



 



=  



₀

2 

₀

Sehingga

(

0²

)

2

0

log

10

303 ,

2

h h

r q r

k −

 

 





= 

Apabila ditinjau ketinggian h₀ dan h, maka:

Dari pengukuran di lapangan, apabila q, r₁, r₂, h₁ dan h₂ diketahui, koefisien permeabilitas rata-rata dapat dihitung dari persamaan diatas.

h dr r

k dh

q  



 



=  2 

h

r

) 2 (

ln

² ₀²

0

h q h

k r

r =  −

(11)

Steady state → Jumlah air tanah yang mengalir ke dalam sumur uji per satuan waktu (debit = q) adalah sama dengan jumlah air yang dipompa keluar dari sumur uji per satuan waktu:

dr A k dh kiA

vA

q = = = ( )

dh q h

k r

dr

^h

h r

r

 



 



=  



₂¹

2 

₂¹

Sehingga

(

2²

)

2 1

log

10

303 ,

2

h h

r q r

k −

 

 





= 

Atau

Dari pengukuran di lapangan, apabila q, r₁, r₂, h₁ dan h₂ diketahui, koefisien permeabilitas rata-rata dapat dihitung dari persamaan diatas.

h dr r

k dh

q  



 



=  2 

h

r

(12)

Uji pemompaan sumur uji sampai pada lapisan lolos air yang diapit oleh lapisan kedap air (akifer tertekan)

h₂ h₁

r₂ r₁

H

r

dr dh

Lapisan kedap air

Lapisan lolos air (akifer tertekan) h

Lapisan kedap air

(13)

•Pemompaan dilakukan dengan debit yang tetap hingga steady state tercapai.

•Karena air hanya dapat mengalir ke dalam sumur uji melalui akifer dengan ketebalan H, maka debit air yang dipompa keluar dari sumur:

H dr r

k dh

q  



 



=  2  dh

q kH r

dr

^h

h r

r

=  



₂¹ ₂¹

2 

Sehingga koefisien permeabilitas searah dengan aliran (2 sumur uji):

(

₁ ² ₂

)

1 10

727 ,

2

log

h h

H

r q r

k −

 

 





=

Atau

Jika hanya terdapat 1 sumur uji:

(

_max⁰ ₁

)

1 10

727 ,

2

log

h h

H

r q r

k −

 

 





=

h_max = penurunan muka air pada sumur uji h₁, h₂ = penurunan muka air pada sumur

pemeriksaan 1 dan 2 r₀ = jari-jari pipa sumur uji

r₁, r₂ = jarak dari sumur uji ke sumur pemeriksaan

(14)

Uji permeabilitas menggunakan lubang bor (USBR, 1961)

Lapisan kedap air

> 5d

> 5d Lapisan kedap air

muka air tanah muka tanah q

h

dh k q

75 ,

= 2

(15)

Uji permeabilitas menggunakan lubang bor (USBR, 1961)

Lapisan kedap air

> 5d

> 5d Lapisan kedap air

muka air tanah muka tanah q

h

dh k q

75 ,

= 2

Ketinggian muka air tanah dapat di atas ataupun di bawah dasar casing

muka air tanah

(16)

Uji permeabilitas menggunakan lubang bor dengan variable-head (Hvorslev, 1951)

h₂

D<1,5m Lapisan kedap air

muka air tanah muka tanah

d

2

ln

1

11 h h t

k =  d

h₁

(17)

Uji permeabilitas menggunakan lubang bor dengan variable-head (Hvorslev, 1951)

h₂

D<1,5m Lapisan kedap air

muka air tanah muka tanah

d

 

 



 



 



= 

2 1 2

2 ln

8 ln h

h d

L Lt

k d

h₁

L>4d

(18)

Uji permeabilitas menggunakan Philips- Dune permeamater

h₀ h_med

h_max

Actual 3-D flow

(19)

• The calculation of permeability and suction is based on simplification of actual 3D flow.

• The parameters t

_med

and t

_max

were then estimated by linear regression of time vs. water level.

Modified from Regalado et al.

(2005)

h₀ h_med

h_max

h₀ h_med

h_max

Actual 3-D flow Equivalent radially symmetric 1-D flow g_c≈ 8/π²

(20)

max

i 2 med

max

8

) 112 .

1 /

731 .

0 (

t

r t

k t − 

=

2 / 1 med max

/ ) (

678 . 19 503

. 13

log  = − + t t

⁻

where:

k : permeability (m/s) ψ : suction (m)

t_med : time to infiltrate until permeameter is half full (seconds)

t_max : time to infiltrate until permeameter is empty (seconds)

r_i : radius of pipe (m)

h₀ h_med

h_max

Actual 3-D flow

(21)

Contoh soal 1

Hitung debit aliran ke dalam sumur dengan jari-jari 0,1 m yang mengalami tekanan artesis, bila diketahui penurunan maksimum muka air h_max = 3,0 m dan tebal lapisan lolos air = 6,0 m. Dari pengamatan diperoleh data bahwa jari-jari lingkaran pengaruh penurunan R = 150 m. Setelah tanah diuji,

diperoleh nilai k = 0,005 m/det.

Digunakan persamaan berikut:

(

_max⁰

)

10

727 ,

2

log

h H

r q R

k

 

 





=

( 150 / 0 , 1 ) 0 , 077 m / det 278 , 5 m / jam

log

3 6 005 ,

727 0 ,

2   =

³

=

³

q =