bab iii air tanah permeabilitas dan rembesan bahan kuliah mekanika tanah 1

5/21/2018 Bab III Air Tanah Permeabilitas Dan Rembesan Bahan Kuliah Mekanika Tanah 1

1/11

Prodi Teknik Sipil

Sekolah Tinggi Teknologi Unggulan SwarnadwipaKabupaten Kuantan Singingi - Riau

BAB III

AIR TANAH, PERMEABILITAS, DAN

REMBESAN

3.1. AIR TANAH

Air tanah adalah sebagai air yang terdapat dibawah permukaan bumi.

Sumber utamanya air hujan yang meresap kebawah melewati ruangan pori

diantara butiran tanah. Air sangat berpengaruh pada sifat-sifat teknis tanah

khususnya tanah berbutir halus. !emikian juga air merupakan faktor yang

sangat penting dalam masalah-masalah seperti "penurunanstabilitas

pondasistabilitas lereng dll.

Pada lapisan tanah terdapat tiga #one penting yaitu " #one jenuh air

#one kapiler dan #one jenuh sebagian. Pada #one jenuh atau #one dibawah

muka air tanah air mengisi seluruh rongga-rongga. Pada #one ini tanah

dianggap dalam keadaan jenuh sempurna. $atas atas dari #one jenuh adalh

permukan air tanah atau freatis. %one kapiler terletak diatas #one jenuh.

Ketebalan #one ini tergantung dari ma&am tanah akibatnya air mengalami

isapan atau tekanan negati'e. %one tak jenuh yang berkedudukan paling

atas adalh #one dekat permukaan tanah dimana air dipengaruhi oleh

penguapan sinar matahari dan akar-akar tumbuh-tumbuhan.

3.2. PERMEABILITAS

!idefinisikan sebagai sifat bahan berpori yang memungkinkan aliran

rembesan dari &airan yang berupa air atau minyak mengalir lewat rongga

pori. Untuk tanah Permeabilitas dilukiskan sebagai sifat tanah yang

mengalirkan air melalui rongga pori tanah. !idalam tanahsifat aliran

mungkin laminar atau turbulen. Tahanan terhadap aliran bergantung pada

jenis tanah ukuran butiran bentuk butiran rapat massa serta bentuk

geometri rongga pori. Temperatur juga sangat mempengaruhi tahanan aliran

(kekentalan dan tegangan permukaan.

)


2/11

Prodi Teknik Sipil


Aliran Air Dalam Tanah

Tinggi energi total (total Head) adalah tinggi energi elevasi atau

Elevation Head(z) ditambah tinggi energi tekanan atau pressure Head (h)

yaitu Ketinggian kolom air h A atau hB !idalam pipa diukur dalam

millimeter atau meter diatas titiknya.

Tekanan hidrostatis bergantung pada kedalaman suatu titik

dibawah muka air tanah. Untuk mengetahui besar tekanan air pori Teorema

Bernaulli dapat diterapkan. *enurut Bernaulli, tinggi energi total (total

Head)pada suatu titik dapat dinyatakan oleh persamaan "

h = zg

v

w

p++

+

+

!engan "

h , tinggi energi total (total head)(m

pw , tinggi energi tekanan(pressure head) (m

p , tekanan air (tm+k/m+

v!+g , tinggi energi ke&epatan (velo"ity head) (m

v , ke&epatan air (mdet

w , berat 'olume air (tm0k/m0

g , per&epatan gra'itasi (mdt+

z , tinggi energi ela'asi (m

Karena ke&epatan renbesan didalam tanah sangat ke&ilmaka tinggi

energi ke&epatan dalam suku persamaan $ernoulli dapat diabaikan.Sehingga

persamaan tinggi energi total menjadi "

h , zw

p+

Untuk menghitung debit rembesan lewat tanah pada kondisi tertentu

di tinjau kondisi tanah.

+


3/11

Prodi Teknik Sipil


Hukum Darcy

!ar&y ()123 mengusulkan hubungan antara ke&epatan dan gradient

hidrolik sebagai berikut "

v = ki

!engan "

v , Ke&epatan air (&mdet

i , 4radien hidrolik

k , Koefisien permeabilitas (&mdet

!ebit rembesan (5dinyatakan dalam persamaan "

# = kiA

Koefisien permeabilitas (k)mempunyai satuan yang sama dengan ke&epatan

&mdet atau mmdet. 6aitu menunjukkan ukuran tahanan tanah terhadap air

bila pengaruh sifat-sifatya dimasukkan *aka "

k ("mdet),

gk w

!engan "

K , koefisien absolute (&m + tergantung dari sifat butiran tanah

w , Rapat massa air (g&m 0

, koefisien kekentalan air (g&m.det

g , per&epatan gra'itasi ( &mdet+

Ui P!rm!a"ili#a$ Di La"%ra#%rium

Ada empat ma&am pengujian untuk menentukan koefisien

permeabilitas dilaboratorium yaitu "

0


4/11

Prodi Teknik Sipil


a. Uji tinggi energi tetap (7onstant 8 9ead

b. Uji tinggi energi turun (failing 8 9ead

&. Penentuan se&ara tidak langsung dari uji konsolidasi

d. Penentuan se&ara tidak langsung dari uji kapiler hori#ontal

Ui P!rm!a"ili#a$ Di La&an'an

1. Uji Permeabilitas Dengan Menggunakan Sumur Uji

7ara pemompaan dari air sumur uji dapat dipakai untuk

menentukan koefisien permeabilitas (k di lapangan.dalam &ara

inisebuah sumur digali danairnya di pompa dengan debit air tertentu

se&ara kontinu.permukaan penurunan yang telah stabil yaitu garis

penurunan muka air tanah yang terendah.

:ari-jari $ dalam teori hidrolika sumuran di sebut %ari&%ari

pengaruh keru"ut penurunan (radius o' in'luen"e o' the depression

"one)Aliran air ke dalam sumur merupakan aliran gra'itasidimana

muka air tanah mengalami tekanan atmosfer.!ebit pemompaan pada

kondisi aliran yang telah stabil dinyatakan oleh persamaan !AR76 "

# = vA = kiA = k (dyd) A (m 0det)

!engan "

v , Ke&epatan aliran (mdet

A , ;uas aliran (m+

i , dyd , gradient hidrolik

dy , ordinat kur'a penurunan

d , absis kur'a penurunan

2. Uji Permeabilitas Pada Sumur Artesis

Air yang mengalir dipengaruhi oleh tekanan artesis.

!ebit arah Radial "


5/11

Prodi Teknik Sipil


# = kAd)

dy

!engan "

# , !ebit arah radial (m 0 det

A , += =T ;uas tegak lurus arah aliran (m +

T , Tebal lapisan lolos air (m

dyd , i , 4radien 9idrolik

3. Hitungan Koefisien Permeabilitas Secara eoritis

*enurut 9agen dan Poiseuillebanyaknya aliran air dalam satuan

waktu (5 yang lewat pipa dengan jari-jari Rdapat dinyatakan dengan

persamaan "

5 , a$*w +

>

!engan "

w , $erat 'olume air

, Koefisien kekentalan absolute

a , ;uas penampang pipa

S , gradient hidrolik

:ari-jari hidrolik$ H dari pipa kapiler dinyatakan dalam persamaan "

$ H = ++

+$

$

$

+asahkeliling

,uas==

3.3. REMBESAN

Rembesan yang akan dipelajari disini didasarkan pada analisis dua

dimensi. $ila tanah dianggap homogen dan isotropis maka dalam bidang&

z hokum dar&y dapat dinyatakan sebagai berikut"

2


6/11

Prodi Teknik Sipil


v ) = ki ) = &k)

h

v z = ki z= &k

z

h

3.3.1 !aring Arus "#lo$ %et&

Sekelompok garis aliran dan garis ekipotensial disebut %aring arus

('low net). 4aris ekipotensial adalah garis-garis yang mempunyai tinggi

energi potensial yang sama (h konstan. Permeabilitas lapisan lolos air

dianggap isotropis ( k ) , k) , k .

3.3.2 ekanan 'embesan

Air pada keadaan statis didalam tanah akan mengakibatkan tekanan

hidrostatis yang arahnya keatas (upli't) Akan tetapi jika air mengalir lewat

lapisan tanah aliran air akan mendesak partikel tanah sebesar tekanan

rembesan hidrodinamis yang bekerja menurut arah alirannya. $esarnya

tekanan rembesan akan merupakan fungsi dari gradient hidrolik(i)

3.3.2.1 Pengaru( ekanan Air er(ada) Stabilitas ana(

Tekanan hidrodinamis mempunyai pengruh yang besar pada

stabilitas tanah. Tergantung pada arah aliran tekanan hidrodinamis dapat

dipengaruhi oleh berat 'olume tanah.

3.3.2.2 eori Kondisi Menga)ung "*uick + condition&

Telah disebutkan bahwa tekanan hidrodinamis dapat mengubah

keseimbangan lapisan tanah. Pada keadaan seimbang besarnya gayayang

bekeja dibawah ? , sama dengan gaya rembesan ! , w i " atau

?-! , @

3


7/11

Prodi Teknik Sipil


!engan "i adalah gradient hidrolikkritis pada keseimbangan gaya

diatas. $esarnya berat tanah terendam air adalah "

? , A , ( )-n ( *- - ) .

A , w*

e

-.

)

)

+

(k/m 0 . tm 0

3.3.2.3. Keamanan ,angunan er(ada) ,a(a-a Pi)ing

Telah disebutkan bahwa bila tekanan rembesan keatas yang terjadi

dalam tanah sama dengan i " maka tanah akan pada kondisi mengapung.

Keadaan sema&am ini juga dapat berakibat terangkutnya butir-butir tanah

halus sehingga terjadi pipa-pipa didalam tanah yang disebut/ipingAkibat

pipa-pipa yang berbentuk rongga-rongga dapat mengakibatkan fondasi

bangunan mengalami penurunan hingga mengganggu stabilitas bangunan.

Baktor keamanan bangunan air terhadap bahaya piping sebagai berikut "

*0 =e

e

i

i

!engan i e adalahgradien keluar maksimum (maimum eit gradient

)dan i e =w

-radienkeluar maksimum tersebut dapat ditentukan

dari jarring arus dan besarnya sama dengan tinggi energi antara garis

ekipotensial terakhir danl adalah panjang dari elemen aliran.

;ane ()102 menyelidiki keamanan struktur bendungan terhadap

bahaya piping. Panjang lintasan air melalui dasar bendungan dengan

memprhatikan bahaya pipingdihitung dengan &ara pendekatan empiris

sebagai berikut "

. , 1h ,

,+

0

!engan "

. = .eighted 2 "reep 2 distan"e

C


8/11

Prodi Teknik Sipil


h, =:umlah jarak hori#ontal menurut lintasan terpendek

v, , :umlah jarak 'erti&al menurut lintasan terpendek

Setelah weighted 2 "reep 2 distan"e dihitung weighted 2 "reep 2

ratio (.3$) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan "

.3$ =+)

HH

,.

3.3.3 Kondisi ana( Anisotro)is

!alam tinjauan tanah anisotropis walaupun tanah mungkin

homogen tapi mempunyai permeabilitas yang berbeda pada arah 'erti&al

dan hori#ontalnya. Kebanyakan tanah pada kondisi alamnya dalam keadaan

anisotropis artinya mempunyai koefisien permeabilitas yang tidak sama

kesegala arah yaitu maksimum searah lapisan (arah hori#ontal dan

minimum kearah tegak lurus lapisannya (arah 'erti&al. Arah-arah ini

selanjutnya dinyatakan dalam arahdanz !alam kondisi ini permeabilitas

pada arah hori#ontal dan 'ertikalnya dapat dinyatakan dalam bentuk "

k ) = kmakdan k z = kmin

Untuk hal ini persamaan !ra&y akan bernentuk "

1 ) = &k ) i ) = &k ) )

h

1z = &k z i z = &k z z

h

3.3. Kondisi ana( ,erla)is

3.3..1. Meng(itung Debit 'embesan ana( ,erla)is Dengan /ara

!aring Arus

3.3..2. Meng(itung Debit 'embesan ana( ,erla)is Dengan /ara

Mengangga) Sebagai 0a)isan unggal

>


9/11

Prodi Teknik Sipil


3.3. 'embesan Pada Struktur ,angunan

9ukum !ra&y dapat digunakan untuk menghitung dabit rembesan

yang melalui struktur bendungan. !alam peren&anaan sebuah bendungan

perlu diperhatikan stabilitasnya terhadap bahaya longsoran erosi lereng dan

kehilangan air akibat rembesan yang melalui tubuh bendungan.

3.3..1 /ara Du)uit

3.3..2 /ara Sca(ffernak

3.3..3 /ara A. /asagrande

3.3.. Penggambaran aris 'embesan Secara rafis

:ika bentuk dan posisi garis rembesan paling atas pada potongan

melintang bendungan diketahui besarnya rembesan rembesan dapat

dihitung. $entuk garis rembesan ke&uali dapat ditentukan se&ara analistis

dapat juga ditentukan se&ara grafis atau dari pengamatan laboratorium dari

sebuah model bendungan sebagai prototype ataupun juga se&ara analogi

elektris.

Pengamatan menunjukkan bahwa garis rembesan yang melalui yang

melalui bendungan berbentuk kur'a parabolis akan tetapi penyimpangan

kur'a terjadi pada daerah hulu dan hilirnya. Pengamatan se&ara grafis

didasarkan pada sifat khusus dari kur'a parabola.

3.3.. Debit 'embesan Pada ,endungan ana( Anisotro)is

:ika permeabilitas tanah bahan bendungan anisotropis untuk

menghitung debit rembesan maka penampang bendungan harus lebih dulu

ditranformasi. Seperti yang telah dipelajari sebelumnya nilai D )

transformasi adalah E

1


10/11

Prodi Teknik Sipil


) = 4k

k

)

z

*aka seluruh hitungan harus didasarkan pada

gambartransformasinya demikian juga untuk koefisien permeabilitas

eki'alen "

K5 = z) kk

3.3.. Kondisi Aliran Masuk4Keluar4 dan Kondisi ransfer

Kondisi-kondisi aliran masukkeluar dan kondisi transfer dari garis

rembesan melalui badan bendungan telah dianalisis oleh 7asagrande ()10C

maksud dari kondisi aliran masuk adalah bila aliran rembesan berasal dari

daerah bahan tanah dengan koefisien permeabilitas sangat besar.

3.3. #ilter

$ila air rembesan mengalir dari lapisan berbutir lebih halus menuju

lapisan lebih kasar kemungkinan terangkutnya butiran lebih halus lolosmelewati bahan yang lebih kasar tersebut dapat terjadi. Frosi butiran dapat

mengakibatkan turunnya tahanan aliran air dan naiknya gradient hidrolik.

$ila ke&epatan aliran membesar akibat dari pengurangan tahanan

aliran yang berangsur-angsur turun akan terjadi erosi butiran yang lebih

besar lagi sehingga membentuk pipa-pipa didalam tanah yang dapat

mengakibatkan keruntuhan pada bendungan.

Bilter atau drainase untuk mengendalikan rembesan harus memenuhi

dua persyaratan"

). Ukuran pori-pori halus &ukup ke&il untuk men&egah butir-butir tanah

terbawa aliran.

)G


11/11

Prodi Teknik Sipil


+. Permeabilitas harus &ukup tinggi untuk mengi#inkan ke&epatan

drainase yang besar dari air masuk filternya.

))

bab iii air tanah permeabilitas dan rembesan bahan kuliah mekanika tanah 1

Documents