Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Mercu Buana | 6 |
MODUL 6
Aliran air Dalam Tanah
1. PENGERTIAN DASAR |
Tanah adalah merupakan susunan butiran padat dan pori-pori yang saling berhubungan satu sama lain sehingga air dapat mengelir dari satu titik yang mempunyai energi lebih tinggi ke titik yang mempunyai energi lebih rendah. Studi mengenai aliran air melalui pori-pori tanah diperlikan dalam mekanika tanah karena hal ini sangat berguna dalam :
- memperkirakan jumlah rembesan air dalam tanah
- menyelidiki masalah-masalah yang menyangkut pemompaan air untuk konstruksi di bawah tanah
- menganalisis kestabilan suatu bendungan tanah dan konstruksi dinding penahan tanah yang terkena gaya rembesan.
2. GRADIEN HIDROLIK |
Menurut persamaan Bernoulli :
dimana :
h = tinggi energi total
p = tekanan
v = kecepatan
g = percepatan disebabkan oleh gravitasi
³w = berat volume air
Karena kecepatan rembesan air di dalam tanah adalah sangat kecil, maka bagian dari persamaan yang mengandung tinggi kecepatan dapat diabaikan.
Gambar.1. menunjukkan hubungan antara tekanan, elevasi, dan tinggi energi total dari suatu aliran air dalam tanah. Tabung piezometer dipasang pada titik A dan titik B. Ketinggian air di dalam tabung piezometer A dan B disebut sebagai muka piezometer dari titik A dan tabung piezometer pada titik tersebut. Tinggi elevasi dari suatu titik merupakan jarak vertikal yang diukur dari suatu bidang datum yang diambil sembarang ke titik yang bersangkutan.
Gambar 1. Tekanan, elevasi, dan tinnggi enegi total energy
untuk aliran di dalam tanah
Kehilangan energi antara dua titik A dan B, dapat ditulis dengan persamaan di bawah ini :
Kehilangan energi ”h tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan tanpa dimensi seperti di bawah ini :
dimana :
I = gradien hidrolik
L = jarak antara titik A dan B , yaitu panjang aliran air dimana kehilangan tekanan terjadi
Pada umumnya , variasi kevcepatan v dengan gradien hidrolik i dapat dijalankan seperti dalam gambar.2. Gambar ini membagi grafik dalam ketiga zone :
- Zona aliran laminar (zona I)
- Zona transisi (zona II) dan
- Zona aliran turbulen (zona III)
Bilamana gradien hidrolik bertambah besar secara perlahan-lahan, aliran di zona I akan tetap laminar, dan kecepatan v akan mempunyai gradien hidrolik . Pada gradien hidrolik yang lebih tinggi, aliran menjadi turbulen (zona III). Bilamana gradien hidrolik berkurang , keadaan aliran laminar akan terjadi di zona I saja. Pada kebanyakan tanah , aliran air melalui ruang pori dapat dianggap sebagai aliran laminar sehingga :
V H i
Di dalam batuan, kerikil dan pasir yang sangat kasar, keadaan aliran turbulen mungkin terjadi. Dalam hal ini mungkin persamaan di atas tidak berlaku.
Gambar 2. Variasi kecepatan aliran v dengan gradien hidrolik i
3. HUKUM DARCY |
Pada tahun 1856, Darcy memperkenalkan suatu persamaan sederhana yang digunakan untuk menghitung kecepatan aliran air yang mengalir dalam tanah jenuh, dinyatakan sbagai berikut :
dimana :
v = kecepatan aliran,
k = koefisien rembesan
4. KOEFISIEN REMBESAN |
Koefisien rembesan (coefficient of permeability) tergantung pada beberapa factor , yaitu kekentalan cairan, distribusi ukuran butir pori, distribusi ukuran butir, angka pori, kekasaran permukaan butiran tanah, dan derajat kejenuhan tanah. Pada tanah berlempung struktur tanah memegang peranan penting dalam dalam menentukan koefisien rembesan. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi sifat rembesan tanah lempung adalah konsentrsi ion dan ketebalan lapisan air yang menempel pada butiran lempung.
Tabel 1 harga-harga koefisien rembesan pada umumnya.
Penentuan Koefisisen Rembesan di Laboratorium
Ada 2 metode, yaitu :
1. Uji tinggi konstan
2. Uji tinggi jatuh
TUGAS : Carilah referensi tentang pelaksanaan 2 uji tersebut.
Gambar 2. Uji rembesan dengan cara tinggi konstan
Gambar 3. Uji rembesan dengan cara tinggi jatuh
Rembesan Ekivalen pada Tanah Berlapis -lapis
a. Apabila arah aliran horizontal
Gambar 4. Penentuan koefisien rembesan ekivalen untuk aliran horizontal
di dalam tanah yang berlapis-lapis
b. Apabila arah aliran vertical
Gambar 4. Penentuan koefisien rembesan ekivalen untuk aliran vertikal
di dalam tanah yang berlapis-lapis
5. TINGGI ENERGI DAN ALIRAN SATU DIMENSI |
Pada awal modul ini telah diterangkan bahwa ada tiga macam tinggi energi yang dihubungkan dengan persamaan Bernoulli, dimana tinggi energi total adalah jumlah dari tinggi tekanan dan tinggi elevasi , atau
Dari gambar 1. kita dapat memahami konsep tersebut. Pada gambar 5. merupakan sebuah silinder terbuka yang separuhnya berisi tanah. Aliran air dalam tanah tersebut dimulai dari elevasi A dan berakhir di elevasi E.
Pada piezometer C, tinggi tekanan adalah adalah jarak AC dan tinggi elevasi z adalah jarak CE. Jadi tinggi energi total pada titik C adalah jumlah dari dua jarak tersebut atau AE. Untuk titik lain dapat dicari dengan cara yang sama ditunjukkan pada table 4.2. di bawahnya.
Kehilangan energi pada titik C belum terjadi. Pada titik D yang letaknya di pertengahan sample kehilangan energi adalah ½ AE dan pada titik F kehilangan energi total telah terjadi.
Gambar 5
Titik | Tinggi Tekanan | Tinggi Elevasi | Tinggi Energi Total | Kehilangan Energi Melalui Tanah |
AB | BE | AE | 0 | |
C | AC | CE | AE | 0 |
D | CD | DE | CE | ½ AE |
F | EF | -EF | 0 | AE |
Contoh :
Silinder horisontal yang berisi tanah ditunjukkan pada gambar berikut. Asumsikan L=10 cm, A = 10 cm2 dan ”h = 5 cm. Elevasi muka air di tabung yang tinggi 5 cm di atas pertengahan silinder. Tanah adalah sand dengan e = 0,68.
Hitung :
Tinggi tekanan, tinggi elevasi dan tinggi energi total A, B, C, D, E
Sumber :
a. Braja M.Das, Noor Endah, Indrasurya B Mochtar, Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis), jilid 1, Erlangga
b. Craig . R.F, Budi Susilo, Mekanika Tanah, Erlangga1989
c. Holtz & WD Kovacs, An Introduction to Geotechnical Engineering.
d. Joseph E.Bowlesh, Physical and Geotechnical Properties of Soils, McGraw Hill,1984.
Oleh : Desiana Vidayanti
