Laboratorium Mekanika TanahDepartemen Teknik Sipil Fakultas TeknikUniversitas Indonesia

NAMA PRAKTIKAN: Achmad Ilham Azhari1306403283 Atika Widiastuti1306367971 Eki Noerfitriyanti1306368053 Masayu Nadiya Z1306404531 KELOMPOK: L4TANGGAL PRAKTIKUM: 26 September 2015JUDUL PRAKTIKUM: PermeabilityASISTEN: Azzah Balqis SabbahPARAF DAN NILAI:

I. PENDAHULUANA. Standar AcuanASTM D 2434 "Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head)" AASHTO T 215 "Standard Method of Test for Permeability of Granular Soil (Constant Head)"

B. Maksud dan Tujuan PercobaanMencari nilai permeabilitas k dari suatu sampel tanah.

C. Alat-alat dan BahanA. Alat: Mould permeability Gelas ukur Penggaris Jangka sorong Stopwatch Timbangan dengan ketelitian 0.1 gram Alat Constant Head Test TamperB. Bahan Tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak 3 kg Pasir Air

a

b

Gambar 1.1 Peralatan Praktikum Permeability : a) Alat Constant Head Test,b) Mould Permeability

D.Teori dan Rumus yang DigunakanDebit air yang mengalir q melalui tanah pada suatu cross-section area A adalah proporsional terhadap gradien i yaitu :

(1.1)q = k i A

Koefisien k disebut sebagai koefisien permeabilitas Darcy atau koefisien permeabilitas atau permeabilitas tanah. Sehingga dengan begitu, permeabilitas adalah properti tanah yang menunjukkan kemampuan tanah untuk meloloskan air melalui partikel-partikelnya.Permeabilitas dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan seepage (rembesan) di bawah bendungan, disipasi air akibat pembebanan tanah, dan drainase dari lapisan subgrade, bendungan, atau timbunan. Selain itu tegangan efektif yang diperlukan dalam perhitungan masalah-masalah di atas juga secara tidak langsung berkaitan dengan permeabilitas.

Permeabilitas tergantung oleh beberapa faktor. Yang utama adalah sebagai berikut: 1. Ukuran butiran. Secara proporsional, ukuran pori berhubungan dengan ukuran partikel tanah 2. Properti aliran pori. Untuk air adalah viskositasnya, yang akan berubah akibat dipengaruhi perubahan temperatur. 3. Void ratio 4. Bentuk dan susunan pori-pori tanah 5. Derajat saturasi. Kenaikan derajat saturasi pada tanah akan menyebabkan kenaikan nilai permeabilitas.

Setidaknya ada empat metode di laboratorium untuk mencari nilai permeabilitas tanah, yaitu metode Capillarity Head Test, korelasi data konsolidasi untuk menghitung permeabilitas, Variable Head Test, dan Constant Head Test. Constant Head umumnya lebih sering digunakan pada tanah cohesionless daripada Variable Head karena instrumen yang lebih sederhana.

Metode Constant Head TestMetode ini hanya digunakan pada tanah dengan permeabilitas tinggi. Oleh karena itu, pada percobaan yang akan dilakukan perlu ditambahkan pasir untuk memodifikasi permeabilitas tanah lempung yang sangat kecil. Prinsip pada percobaan ini dapat dilihat pada gambar.

Gambar 1.2 Susunan alat Constant Head Permeability Test

Penentuan nilai k dilakukan dengan cara mengukur penurunan tinggi muka air selama periode waktu tertentu dan pada saat ini tegangan air menjadi tidak tetap sehingga rumus Darcy dapat digunakan. Misalnya pada ketinggian air (h), penurunan (dh) akan membutuhkan waktu (dt), maka koefisien permeabilitas dapat diturunkan dari rumus Darcy sehingga menjadi :q = k i A

(1.2)

dengan: k = koefisien permeability A = luas sample tanaht = selang waktuL = tinggi sampel tanah Apabila air yang melalui sampel tanah sedikit seperti pada sampel tanah lempung murni dimana nilai k sangat kecil, maka metode ini tidak efektif lagi digunakan untuk mengukur nilai k. Sehingga akan lebih baik menggunakan cara yang kedua, yaitu metode Variable Head.Metode Variable Head Test

Gambar 1.3 Susunan alat Variable Head Permeability TestJumlah air yang mengalir pada standpipe dalam waktu tertentu adalah :

dengan : a = luas cross-section standpipe dh/dt= penurunan muka air

Sedangkan jumlah air yang merembes melalui tanah dalam waktu tertentu pada permeameter adalah :

lalu dengan menyamakan jumlah air yang masuk = jumlah air yang keluar

dengan: a = luas cross-section standpipe L = panjang sampel di dalam permeameter A = luas cross-section permeameter t = jumlah waktu pada waktu pengukuran h0, h1 = tinggi head (lihat gambar 1.2)Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar (ToC) adalah KT sedangkan untuk suhu standar (20oC) perlu dikonversi menjadi :

dimana: T = viskositas cairan pada temperatur TC. 20 = viskositas cairan pada temperatur 20C.

Perbandingan viskositas dapat dilihat pada gambar 7.3 di bawah ini (tabel koreksi viskositas cairan).

Gambar 1.4 Grafik T/ 20 (data International Critical Tables, Vol. V)

Menurut Tabel Koefisien Permeabilitas BS 8004: 1986, nilai-nilai permeabilitas untuk berbagai jenis tanah pada suhu standar (20oC) adalah sebagai berikut :Tabel 1.1 Koefisien permeabilitas (m/s) (BS 8004:1986)

Menurut Cassagrande pada tahun 1938, nilai-nilai permeability untuk berbagai jenis tanah pada suhu standar (20oC) adalah sebagai berikut :Tabel 1.2 Koefisien permeabilitas menurut Cassagrande

Menurut Wesley pada suhu standar (20oC) :Tabel 1.3 Koefisien permeabilitas menurut Wesley

II. PRAKTIKUMA. Persiapan1. Menyiapkan tanah kering yang lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak 2,5 kg, dan pasir sebanyak 2,5 kg.2. Menyiapkan mould permeability, kemudian mengukur dan mencatat data diameter, tinggi, serta berat mould.3. Mencampur tanah dengan pasir dengan perbandingan tertentu (tanah:pasir = 1:1 / 1:2 / 2:1) sehingga terdapat 3 sampel campuran tanah dan pasir, kemudian mengaduknya sampai rata. 4. Kemudian memasukkan campuran tanah dan pasir untuk setiap masing-masing perbandingan tersebut ke dalam mould hingga padat dan memperhatikan filter pada bagian atas dan dasar mould agar harus selalu terpasang. 5. Menutup mould dan meletakkan pada alat permeability. B. Jalannya Praktikum1. Melakukan percobaan Constant Head Test, pertama-tama mengalirkan air melalui selang, naik ke reservoir di atas kemudian masuk ke mould permeability hingga seluruh tanah di dalam mould jenuh sempurna.2. Mengeluarkan udara yang berada pada alat permeability hingga benar-benar tidak ada lagi udara yang tersisa di dalam. Hal ini dapat dilakukan dengan cara membuka sedikit baut untuk mengeluarkan gelembung udara. 3. Mengusahakan untuk menstabilkan tinggi air yang berada di reservoir dan jaga agar tidak terjadi gelombang. 4. Mengukur tinggi muka air dan reservoir ke mould (h). 5. Memperhatikan air yang keluar dari mould hingga tidak terjadi perubahan (konstan). 6. Setelah konstan, menampung air limpahan tersebut ke dalam gelas ukur sambil mencatat waktunya menggunakan stopwatch.

III. PENGOLAHAN DATAA. Data Hasil PraktikumSampel 1 (Tanah:Pasir = 2:1)Dimensi mould= Diameter (d)= 7,586 cm = 75,86 x 10-3 mWtanah= 1000 gr = 1 kgWpasir= 500 gr = 0,5 kgTinggi sampel (L)= 23 cm = 23 x 10-2 mLuas (A)= = 4,521 x 10-3 m2Tinggi Constant Head (h)= 107 cm = 1,07 mVolume air tertampung= 39,33 ml = 39,33 x 10-6 m3

Sampel 2 (Tanah:Pasir = 1:2)Dimensi mould= Diameter (d)= 75,88 mm = 75,88 x 10-3 mWtanah= 500 gr = 0,5 kgWpasir= 1000 gr = 1 kgTinggi sampel (L)= 23 cm = 23 x 10-2 mLuas (A)= = 4,523 x 10-3 m2Tinggi Constant Head (h)= 107 cm = 1,07 mVolume air tertampung= 38,16 ml = 38,16 x 10-6 m3

B. PerhitunganKoefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 30oC ) K30 = sehingga untuk suhu standar (20oC) K20 = ;

Keterangan:V = volume air yang tertampung L = tinggi sampel A = luas sampel h = tinggi konstan t = waktuSampel 1Tinggi (L) = 23 x 10-2 m Beda Tinggi (h) = 1,07 mLuas (A)= 4,521 x 10-3 m2Volume air (V) = 39,33 x 10-6 m3 ( dalam 30 detik ) 30 / 20= 0,797K30= ( V . L ) / ( A . h . t ) = (39,33 x 10-6 x 23 x 10-2 ) / (4,521 x 10-3 x 1,07 x 30) = 6,233 x 10-5 m/s K20= K30 . ( 30 / 20 ) = (6,233 x 10-5) x 0,797= 4,968 x 10-5m/s

Sampel 2 Tinggi (L) = 23 x 10-2 mBeda Tinggi (h) = 1,07 mLuas (A)= 4,523 x 10-3 m2Volume air (V) = 38,16 x 10-6 m3 (dalam 30 detik) 30 / 20= 0,797K30= ( V . L ) / ( A . h . t ) = ( 38,16 x 10-6 x 23 x 10-2) / (4,523 x 10-3 x 1,07 x 30) = 6,045 x 10-5 m/s K20= K30 . ( 30 / 20 ) = ( 6,045 x 10-5) x 0,797= 4,818 x 10-5 m/sTabel 3.1. Nilai k pada setiap sampelNo. SampelK20 (m/s)K30 (m/s)

14,968 x 10-56,233 x 10-5

24,818 x 10-56,045 x 10-5

IV. ANALISIS4.1. Analisis PercobaanPercobaan Permeability bertujuan untuk mencari nilai koefisien permeabilitas dari suatu sampel tanah, dimana permeabilitas adalah properti tanah yang menunjukkan kemampuan tanah untuk meloloskan air melalui partikel-partikelnya. Pada praktikum ini, praktikan menggunakan dua jenis campuran sampel tanah dan sampel pasir, yang memiliki perbandingan berat yang berbeda. Pada campuran sampel pertama digunakan perbandingan tanah dan pasir adalah 2:1, yaitu dengan menggunakan tanah sebanyak 1000 gram dan pasir sebanyak 500 gram. Sedangkan, untuk campuran sampel kedua digunakan perbandingan 1:2 dengan berat tanah 500 gram dan berat pasir 1000 gram. Pada praktikum ini kelompok praktikan, kelompok L4, menggunakan sampel pertama sedangkan sampel kedua digunakan oleh kelompok L3.Hal pertama yang dilakukan adalah melakukan pengukuran dimensi mould, yaitu diameter dan tinggi, menggunakan jangka sorong. Pengukuran diameter ini dilakukan sebanyak 3 kali untuk mendapatkan rentang data yang presisi, lalu ketiga data tersebut diambil rata-ratanya untuk menghitung luas permukaan mould. Selanjutnya praktikan menimbang sampel pasir dan tanah yang dibutuhkan, yaitu tanah seberat 1000 gram dan pasir sebanyak 500 gram. Lalu, tanah dan pasir yang sudah sesuai beratnya, dicampur dan diaduk di dalam wadah. Hal tersebut dilakukan untuk menghomogenkan partikel tanah dengan pasir. Setelah diaduk, campuran tanah dan pasir siap dimasukkan ke dalam mould. Sebelum memasukan campuran pasir dan tanah kedalam mould, praktikan memasang filter pada bagian bawah mould sebagai penahan agar campuran tanah dan pasir tidak ikut terbawa aliran air. Kemudian praktikan memasukkan campuran tanah dan pasir ke dalam mould tersebut. Cara memasukkannya secara bertahap, yaitu lapis demi lapis sampai tiga lapisan dan setiap lapisan diberi tumbukan sebanyak 25 kali agar tanah dan pasir di dalam mould menjadi padat. Setelah tercapai tiga lapisan campuran tanah dan pasir, praktikan menutup kembali bagian atas dengan filter serta memasang tutup mould dan menguatkan sekrupnya.Setelah semua terpasang, praktikan menghubungkan mould yang berisi campuran tanah dan pasir dengan alat permeability. Lalu praktikan menghubungkan selang ke keran dan mengalirkan air melalui selang menuju ke reservoir di bagian atas dan mengalir ke dalam mould agar tanah tersebut menjadi jenuh seluruhnya. Praktikan mengatur debit air yang dialirkan dari keran agar air dalam reservoir dalam keadaan stabil dan tidak terjadi turbulensi. Setelah keadaan air di dalam reservoir stabil, praktikan menghentikan debit air dari keran dan mengukur beda tinggi, yang diukur dari permukaan air dari reservoir hingga dasar tanah pada mould permeability, yang selanjutnya disebut dengan tinggi Constant head. Setelah itu, praktikan mengamati air yang keluar dari mould permeability sampai stabil. Setelah aliran stabil, praktikan menampung air yang keluar dari mould dengan gelas ukur selama 30 detik. Penampungan air ini dilakukan sebanyak tiga kali, masing-masing 30 detik, untuk mendapatkan rentang nilai volume air yang presisi. Rentang nilai volume ini kemudian dicari rata-ratanya untuk dimasukan ke dalam perhitungan untuk mencari nilai koefisien permeabilitas.

4.2. Analisis HasilSetelah dilakukan pengolahan data dengan dua sampel, praktikan mendapatkan koefisien permeabilitas dengan suhu standar 20oC (K20), serta untuk suhu sampel 1 yaitu 30oC (K30) dan untuk suhu sampel 2 yaitu 30oC (K30). Koefisien yang didapatkan untuk setiap sampel adalah sebagai berikutTabel 4.1. Nilai k pada setiap sampelNo. SampelTanah : PasirK20 (m/s)K30 (m/s)

12 : 14,968 x 10-56,233 x 10-5

21 : 24,818 x 10-56,045 x 10-5

Setelah didapatkan nilai koefisien permeabilitasnya, jenis tanah kedua sampel yang digunakan praktikan pada suhu standar 20oC adalah pasir sangat halus, lanau, dan lempung lanau berlapis-lapis.

Tabel 4.2. Koefisien permeabilitas (m/s) (BS 8004:1986)

Sementara menurut Cassagrande, jenis tanah kedua sampel adalah pasir/campuran pasir-kerikil.

Tabel 4.3. Koefisien permeabilitas menurut Cassagrande

Sedangkan, jenis tanah kedua sampel menurut Wesley adalah pasir pasir halus.Tabel 4.4. Koefisien permeabilitas menurut Wesley

Dari hasil praktikum ini, didapatkan nilai permeabilitas pada suhu standar 20oC untuk sampel 1, dengan perbandingan tanah:pasir = 2:1, sebesar 4,968 x 10-5 m/s dan untuk sampel 2, dengan perbandingan tanah:pasir = 1:2, sebesar 4,818 x 10-5 m/s. Hasil ini tidak sesuai dengan literatur yang ada.Menurut literature yang ada, jika campuran dengan partikel yang lebih besar memiliki jumlah yang lebih banyak dibandingkan dengan partikel yang lebih kecil, maka koefisien permeabilitasnya akan lebih besar dibandingkan dengan campuran yang partikel lebih kecilnya berjumlah lebih banyak. Hal ini dikarenakan struktur butiran partikel kecil akan lebih rapat dibandingkan dengan struktur butiran partikel yang lebih besar, sehingga membuat pori/ruang pada tanah akan lebih kecil dan menyulitkan air untuk melewati struktur tanah tersebut. Prinsip ini disebut dengan void ratio. Selain itu, suhu juga mempengaruhi nilai koefisien permeabilitas dikarenakan nilai viskositas air yang lewat dipengaruhi oleh suhu.Pada praktikum ini, sampel tanah yang digunakan seharusnya memiliki ukuran butiran yang lebih kecil dibandingkan dengan sampel pasir yang digunakan. Sehingga, campuran 1, yang memiliki jumlah tanah lebih banyak daripada jumlah pasirnya, seharusnya memiliki nilai koefisien permeabilitas yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai koefisien permeabilitas campuran 2, yang memiliki jumlah pasir lebih banyak dibandingkan dengan jumlah tanahnya. Sedangkan untuk faktor suhu seharusnya tidak mempengaruhi perbedaan nilai ini karena suhu ruangan yang diukur pada percobaan sampel 1 dan sampel 2 sama yaitu sebesar 30oC.4.3. AplikasiPermeabilitas dapat diaplikasikan dalam disipasi air akibat pembebanan tanah, penyelesaian masalah yang berhubungan dengan rembesan di bawah bendungan, serta drainase dari lapisan subgrade, bendungan, atau timbunan. Dalam membuat bendungan, agar tidak terjadi rembesan, maka koefisien permeabilitas pada bagian pinggir bendungan dibuat dengan koefisien permeabilitasnya kecil sementara bagian tengah dibuat koefisien permeabilitasnya lebih besar.

4.4. Analisis KesalahanKesalahan yang dapat terjadi dikarenakan beberapa hal sebagai berikut, yaitu:a. Kesalahan dalam mencampur sampel pasir dan tanah yang menyebabkan campuran tidak homogeny sehingga distribusi butiran pasir dan tanah tidak merata.b. Kesalahan saat memasukan dan memadatkan campuran pasir dan tanah di dalam mould permeability. Kesalahan ini terjadi karena praktikan kurang teliti saat memasukan campuran lapis demi lapis dan memadatkan campuran sehingga masih banyak udara di dalam mould. c. Kesalahan dalam mengalirkan air melalui keran sehingga air di dalam reservoir tidak stabil dan mengalami turbulensi.d. Kesalahan saat menampung air dari mould permeability. Praktikan kurang berhati-hati saat menampung air yang keluar dari mould sehingga volume air yang didapat kurang akurat.e. Kesalahan paralaks saat pembacaan suhu di thermometer dan skala di gelas ukur untuk volume air. V. KESIMPULAN1. Koefiesien permeabilitias dari hasil percobaan Permeability, yaitu sebagai berikut:Tabel 5.1. Nilai k pada setiap sampelNo. SampelTanah : PasirK20 (m/s)K30 (m/s)

12 : 14,968 x 10-56,233 x 10-5

21 : 24,818 x 10-56,045 x 10-5

1. Jenis tanah menurut koefisien permeabilitas (m/s) (BS 8004:1986), pada suhu standar tanah yang digunakan praktikan adalah pasir sangat halus, lanau, dan lempung-lanau berlapis-lapis.1. Jenis sampel tanah yang digunakan menurut Cassagrande adalah pasir/campuran pasir-kerikil.1. Jenis tanah kedua sampel menurut Wesley adalah pasir halus.1. Menurut literature, semakin kecil ukuran butiran tanah maka nilai koefisien permeabilitas akan makin besar. Hasil praktikum ini tidak sesuai dengan literature yang ada.1. Nilai koefisien permeabilitas dipengaruhi beberapa faktor, seperti properti aliran pori dan void ratio, yaitu perbandingan celah ruang antara tanah dan celah ruang pasir. 1. Kesalahan yang terjadi saat praktikum dapat disebabkan berbagai faktor seperti kesalahan kesalahan saat mencampur sampel pasir dan tanah yang akan mempengaruhi void ratio.VI. LAMPIRAN

Permeability 18