Selasa, 04 Agustus 2009

Aliran air Dalam Tanah







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 :



image001



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.



image002


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 :



image003



Kehilangan energi ”h tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan tanpa dimensi seperti di bawah ini :



image004



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 :





  1. Zona aliran laminar (zona I)


  2. Zona transisi (zona II) dan


  3. 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.



image005



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 :


image006


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.


image007



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.


image008


Gambar 2. Uji rembesan dengan cara tinggi konstan


image009



Gambar 3. Uji rembesan dengan cara tinggi jatuh



Rembesan Ekivalen pada Tanah Berlapis -lapis



a. Apabila arah aliran horizontal



image010


Gambar 4. Penentuan koefisien rembesan ekivalen untuk aliran horizontal


di dalam tanah yang berlapis-lapis



image011



b. Apabila arah aliran vertical



image012


Gambar 4. Penentuan koefisien rembesan ekivalen untuk aliran vertikal


di dalam tanah yang berlapis-lapis



image013







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



image014



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.


image015


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.


image016


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

blog comments powered by Disqus

Poskan Komentar



 

Mata Kuliah Copyright © 2009 Premium Blogger Dashboard Designed by SAER