per me abi litas
DESCRIPTION
laporan permeabilitasTRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA TANAH DASAR
MODUL 7
PERMEABILITY
KELOMPOK P1
Shift 5
Fadhil Akbar 1206229351
Florensia Rosary Meida Devinta 1206263004
Lily Septarina 1206220125
Tanggal Praktikum : 16 April 2014
Asisten Praktikum : Sandhamurti P.
Tanggal Disetujui :
Nilai :
Paraf Asisten :
LABORATORIUM MEKANIKA TANAH
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2014
1. PENDAHULUAN
1.1. Maksud danTujuan Percobaan
Mencari nilai permeabilitas k dari suatu sampel tanah.
1.2. Alat – alat dan Bahan
a. Mould permeability
b. Gelas ukur
c. Penggaris
d. Jangka sorong
e. Stopwatch
f. Timbangan dengan ketelitian 0.1 gram
g. Tanah lolos saringan No.4 ASTM
h. Pasir dengan saringan no.18
i. Alat Constant Head Test
1.3. Teori dan Rumus yang Dipakai
Debit air yang mengalir q melalui tanah pada suatu cross-section
area A adalah proporsional terhadap gradient l yaitu:
qA
i q=k i A
Koefisien k disebut sebagai ”koefisien permeabilitas” Darcy atau
”koefisien permeabilitas” atau ”permeabilitas tanah”. Oleh sebab itu,
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, didipasi 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:
a. Ukuran butiran. Secara proporsional, ukuran pori berhubungan dengan
ukuran partikel tanah.
b. Properti aliran pori. Untuk air adalah viskositasnya, yang akan berubah
akibat dipengaruhi perubahan temperatur.
c. Void ratio
d. Bentuk dan susunan pori-pori tanah
e. 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 Test
Metode 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 7.1 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 ridak tetep sehingga rumus Darcy dapat digunakan. Misalnya
pada ketinggian air (h), penurunan (dh) akan membutuhkan waktu (dt),
amak koefisien permeabilitas dapat diturunkan dari rumus Darcy sehingga
menjadi:
q = k i A
i = hL
k=V . LA . h
Dengan:
k = koefisien permeability
A = luas sample tanah
L = tinggi sampel tanah
q = debit aliran air
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.
Gambar 7.2 Susunan alat Variable Permeability Test
Jumlah air yang mengalir pada standpipe dalam waktu tertentu adalah :
q=a . v=a – d hdt
dengan :
a = luas cross-section standpipe
dh/dt = penurunan muka air
sedangkan jumlah air yang merembes melalui tanah dalam waktu tertentu
pada permeameter adalah:
q=A . k . hL
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
ho, h1 = tinggi head (lihat gambar 7.2)
Koefisien permeabilitas pada suhu kamar (ToC) adalah KT
sedangkan untuk suhu standar (20oC) perlu dikonversi menjadi:
K20 = KT (ηT / η20)
Dimana:
ηT = viskositas cairan pada temperatur ToC
η20 = viskositas cairan pada temperatur 20oC
Perbandingan viskositas dapat dilihat pada gambar 7.3 di bawah ini
(tabel koreksi viskositas cairan)
Gambar 7.3 Grafik ηT / η20 (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 :
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 :
Koefisien Permeabilitas menurut Cassagrande
Menurut Wesley pada suhu standar (20ºC) :
Koefisien Permeabilitas menurut Wesley
2. PRAKTIKUM
2.1. Persiapan Percobaan
- Tanah kering yang lolos saringan No.4 ASTM disiapkan sebanyak
±2 kg dan pasir sebanyak ±1 kg juga disiapkan.
- Mould Permeability disiapkan, kemudian mencatat data diameter,
tinggi, serta berat mould.
- Tanah dicampur pasir dengan perbandingan tertentu (2000 gr :
1000 gr), kemudian diaduk sampai rata
- Kemudian memasukkan campuran tanah dan pasir untuk setiap
masing-masing perbandingan tersebut ke mould dengan tiga
lapisan dengan ketinggian 1/3, 2/3 dan hingga penuh, di setiap
lapisan di padatkan dan filter pada bagian atas dan dasar mould
harus selalu terpasang.
- Lalu mould ditutup dan diletakkan pada alat permeability
- Memastikan semua komponen telah terpasang dengan sempurna.
2.2. Jalannya Percobaan
- Percobaan yang dilakukan adalah Constant Head Test, pertama-
tama air dialirkan melalui selang, naik ke reservoir di atas
kemudian masuk ke mould permeability hingga seluruh tanah di
dalam mould jenuh sempurna
- Udara yang berada pada alat permeability dikeluarkan hingga
benar-benar tidak ada lagi udara yang tersisa di dalam dengan cara
membuka sedikit bolt untuk mengeluarkan gelembung udara
- Air yang berada di reservoir dibuat tetap tingginya, dijaga agar
tidak terjadi gelombang
- Tinggi muka air dan reservoir ke mould diukur (h)
- Air yang keluar dari mould diperhatikan, hingga tidak terjadi
perubahan (konstan)
- Kemudian air limpahan tersebut ditampung ke dalam gelas ukur
- Volume yang tertampung selama waktu yang ditentukan tersebut
kemudian diukur (5 menit)
2.3. Perbandingan dengan ASTM
Percobaan yang dilakukan pada dasarnya menggunakan metode
menurut cara ASTM. Ada beberapa perbedaan percobaan yang
dilakukan, dengan cara ASTM D2434-65T, yaitu:
1. ASTM menggunakan a = 11.71 cm2 sedangkan percobaan yang
dilakukan menggunakan a = 4,3533 × 10−3 m2
2. Suhu standar ASTM 20oC, sedangkan suhu kamar di laboratorium
tercatat 29oC
3. Pemadatan tanah tidak sama dengan cara ASTM. Selain itu standar
yang ditetapkan ASTM tidak dapat dipenuhi karena peralatan
dalam laboratorium tidak memungkinkan. Misalnya, tidak adanya
pengatur suhu ruangan yang dapat membuat suhu kamar menjadi
20oC
3. HASIL PRAKTIKUM
3.1 Data Hasil Praktikum
No Data Besaran
1 Diameter Mould (D) [meter] 74,45 ×10−3
2 Tinggi Sampel (L) [m] 0.22
3 Luas (A) = ¼ πd2 [m2] 4,3533 × 10−3
4 Tinggi Constant Head (h) [m] 1.3
5 Waktu [detik] 300
6 W tanah 2000gr
7 W pasir 1000gr
Tabel. Data Hasil Percobaan
3.2 Perhitungan
Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar (29ºC)
K29=V . L
A . h .t
Sehingga untuk suhu standar (20ºC) :
K20=K29
η29
η20 ;
η29
η20=…
Keterangan : V = Volume air yang tertampung
L = Tinggi sampel
A = Luas sampel
h = Tinggi konstan
Perhitungan Data
Tinggi (L) = 0.22 m
Beda Tinggi (h) = 1.3 m
Luas (A) = 4,3533 × 10−3 m2
Volume air (V) = 4.85 × 10−4 m3 ( dalam 300 detik )
K29=V . L
A . h .t
K29=4.85 ×10−4 ×0.22
4,3533 x10−3× 1.3× 300
K29=1.067 ×10−4
1,6977=6,2849 ×10−5
K 29=6,2849 ×10−5 ms
Untuk konversi ke suhu standard nilai η28dapat di cari dari persamaan
grafik ηT
η20 vs T
y=0.814=η29
η20
Sehingga nilai K20 :
K 20=K29
η29
η20
K 20=6.2849 ×10−5× 0.814
K 20=4.16951× 10−5 ms
0.814
Nilai-nilai k yang didapat kemudian dirangkum pada sebuah tabel di
bawah ini:
K29 (m/s) K20 (m/s)
6,2849 ×10−5 ms
4.16951 ×10−5 ms
4. ANALISIS
4.1 ANALISIS PERCOBAAN
Pada praktikum permeabilitas ini mempunyai tujuan yaitu, mencari nilai
permeabilitas k dari suatu sampel tanah. Tujuan dari permeabilitas ini bermaksud
untuk menentukan kemampuan tanah dilewati air melalui pori-porinya dan hal ini
penting dalam hal pembuatan drainase maupun konstruksi bendung tanah urugan.
Praktikum permeabilitas ini juga agar mengetahui kemampuan tanah untuk
meloloskan air melalui partikel – partikelnya.
Langkah awal dari praktikum permeabilitas adalah menyiapkan semua
alat dan bahan yang akan digunakan sesuai dengan prosedur yang sudah ada pada
modul permeabilitas ,yaitu berupa tanah yang digunakan adalah tanah lolos
saringan No. 4 ASTM dan menggunakan alat serta bahan lainnya seperti mould
permeability, gelas ukur, penggaris, jangka sorong, stopwatch(hp), timbangan
dengan ketelitian 0,1 gram, pasir, dan alat constant head test.
Sebelum praktikan melakukan percobaan, praktikan menghitung dan
mecatat diameter mould terdahulu. Kemudian, Pengukuran tinggi mould dianggap
sebagai tinggi dari sample tanah yang akan digunakan dan diameter digunakan
untuk mencari luas alas mould yang diasumsikan sebagai luas dari sampel tanah
yang digunakan.Setelah semua dimensi yang dibutuhkan telah diukur, praktikan
kemudian memasang saringan(mould filter) di dasar mould tersebut.
Saringan(mould filter) ini bertujuan agar saat air dimasukkan ke dalam mould
permeabilitas, hanya air saja yang keluar dari mould tersebut sehingga tidak
mengurangi berat dari tanah yang sedang diujikan.
Percobaan ini menggunakan tanah sebesar 2000 gram dan pasir 1000
gram. Setelah ditimbang sesuai dengan besar yang sudah, pasir dan tanah tersebut
kemudian dicampur hingga terdistribusi secara merata agar saat percobaan
dimulai, mendapatkan data yang sesuai. Pasir dan tanah dicampurkan merata
bertujuan karena tanah saja bersifat lempung dan lempung sangatlah memiliki nilai
permeabilitas yang kecil dan tidak bisa menggunakan constant head oleh karena itu
dicampurkan pasir agar menaikkan nilai permeabilitas dari tanah tersebut. Cara
memasukkan tanah ke dalam mould yaitu dengan bertahap 3 lapisan 1/3, 2/3 dan
penuh. Setiap lapisan dipadatkan sehingga tidak ada rongga udara di dalam tanah.
Setiap lapisan ditumbuk hingga 25 kali secara merata, dan hal ini dilakukan
hingga bagian ke 3 atau saat keadaan mould sudah penuh. Selanjutnya , praktikan
memasang mould filter atau saringan bagian atas sebelum mould permeabilitas
dialiri air. Mould filter ini dipasang pada bagian bawah dan atas mould
permeabilitas tersebut, jadi praktikan harus memasang mould filter ini agar hasil
yang diinginkan dapat sesuai. Lalu, mould dipasang pada alatnya, praktikan
memasang terlebih dahulu , terdapat 3 selang (selang kuning, selang merah, dan
selang oranye) yang terdapat pada alat ini. Selang kuning dihubungkan dengan
sumber air (kran) yang digunakan untuk mengalirkan air dari sumber air ke
reservoir, Untuk selang merah dibiarkan terbuka dan diletakkan pada tempat
pembuangan air. Sementara, selang oranye dihubungkan dengan permeability
mould.
Setelah itu, mould permeability dialiri air dan agar rongga udara didalam
mould tersebut tidak ada atau masih terperangkap maka caranya adalah membuka
bolt hingga rongga udara atau air mengalir dengan tanpa adanya udara yang
terperangkap. Kemudian, hitung volume yang tertampung pada saat 5 menit
pertama, dan berikutnya lakukan hal yang sama hingga volume air 3 sampel
memiliki volume yang sama. Namun, pada percobaan kelompok kami kali ini
mendapatkan data yang selalu berbeda sehingga setelah sekian kali dilakukan
penghitungan, praktikan mendapat arahan dari asisten untuk mencari nilai rata –
rata dari ke 3 percobaan yang sudah dihitung volumenya dan sudah tercatat
sebagai data dan nantinya menjadi data untuk pengolahan data kelompok kami.
4.2 ANALISIS HASIL
Pengolahan data kami sesuai dengan data yang sudah kami
peroleh, kemudian mencari nilai dari k . Hasil yang didapat pada
praktikum permeabilitas ini yaitu , dengan menggunakan suhu ruangan
sebesar 29ºC kemudian,dikonversi menjadi koefisien permeabilitas dengan
suhu standar 20ºC dengan grafik perbandingan viskositas cairan. Untuk
membandingkan hasil koefisien permeabilitas tersebut dengan standar
koefisien permeabilitas seperti menurut cassagrande, BS 8004, dan Wesley
adalah koefisien permeabilitas pada suhu standar (20°C), sehingga
diperlukan pengkonversian dari koefisien permeabilitas pada suhu 28°C.
Sehingga nilai K20 :
K 20=K29
η29
η20
K 20=6.2849 ×10−5× 0.814
K 20=4.16951× 10−5 ms
Angka 0,814 didapat berdasarkan table grafik ηT
η20 vs T dengan rumus :
y = -0,4953ln(x) + 2,4848 , dengan nilai x sebesar 20 yaitu didapatkan
nilai sebesar 0,814 , yang kemudian dimasukkan kedalam rumus tersebut.
Setelah dilakukan penghitungan maka sesuai dengan hasil BS 8004 yaitu,
Perbandingan Hasil Perhitungan Nilai k dengan Nilai Koefisien Permeabilitas BS
8004: 1986 (Pada Suhu 20ºC)
Dapat kita lihat, tanah dengan sampel yang sudah kita uji yaitu tanah
dengan pasir sangat halus, lanau dan lempung – lanau berlapis-lapis dan
berarti lempung yang mengalami pengawetan dan bercelah.
Selanjutnya , hasil sampel tanah tersebut juga dibandingkan dengan 2 table
seperti dibawah ini :
Koefisien Permeabilitas menurut Cassagrande
Koefisien Permeabilitas menurut Wesley
Dapat kita lihat pada table bahwa sampel tanah yang sudah diuji tergolong dalam
jenis tanah pasir / campuran pasir – kerikil dengan rentang nilai yang termasuk
pada hasil yang sudah didapat dipenghitungan k20 ,jenis tanah ini yang
digolongkan pada koefisien permeabilitas menurut cassagrande. Pada tabel
berikutnya, yaitu koefisien permeabilitas menurut wesley tanah ini tergolong
pada pasir halus.
Setelah kita menganalisis hasil diatas ,maka dapat diketahui ada beberapa
faktor yang dapat mempengaruhi dari permeabilitas, lalu terdapat beberapa hal
yang sudah kita lakukan pada percobaan permeabilitas ini.
Penumbukan atau Pemadatan dilakukan dengan tujuan agar tanah padat dan
semakin padat tanah maka air yang keluar pun menjadi lebih susah sehingga kita
dapat mengetahui bahwa kepadatan tanah tersebut mempengaruhi nilai k
permeabilitas dan dapat dibuktikan dengan menggunakan tabel BS 8004. Jika
ukuran pori semakin kecil maka nilai permeabilitasnya semakin kecil, ukuran
pori berpengaruh terhadap jalannya air yang mengalir maka besarnya ukuran
pori berpengaruh pada debit air yang mengalir atau volume yang tertampung
selama waktu 5 menit.
Kemudian, pada grafik terdapat hubungan suhu dengan viskositas.
Viskositas merupakan kekentalan air dimana viskositas pada tabel diasumsikan
sebagai nilai n, dan hasilnya jika suhu semakin besar maka nilai viskositas
semakin kecil.
ANALISIS KESALAHAN
Ada beberapa yang faktor yang mempengaruhi praktikum permeabilitas
ini, yaitu :
Pada saat mencampurkan tanah dan pasir, praktikan kurang merata
sehingga didapatkan lapisan tanah dan pasir yang berbeda
Tidak tepatnya praktikan saat waktu sudah mencapai 5 menit sehingga
debit yang dihasilkan dapat lebih atau kurang
Tanah yang kurang padat saat menumbuk sehingga debit aliran menjadi
lama untuk mencapai stabil
Pengukuran tinggi air kurang tepat karena pengaruh dari permukaan air
yang bergelombang
Debit air yang keluar dari kran tidak konstan sehingga mengakibatkan air
pada reservoir tidak cepat stabil dan menunggu lama untuk menghasilkan
yang konstan
KESIMPULAN
Tujuan dari praktikum permeabilitas adalah mendapatkan nilai
permeabilitas dari suatu sampel tanah
Didapatkan nilai hasil permeabilitas nilai k , yaitu sebesar
K20=4.16951× 10−5 ms
Nilai k permeabilitas yang didapat pada praktikum in, yaitu :
K29 (m/s) K20 (m/s)
6,2849 ×10−5 ms
4.16951 ×10−5 ms
Menurut tabel perbandingan hasil perhitungan k dengan nilai
koefisien BS 8004 : 1986 suhu 20, maka jenis tanah pada
percobaan permeabilitas ini tergolong dalam jenis tanah dengan
pasir sangat halus, lanau dan lempung – lanau berlapis-lapis dan
berarti lempung yang mengalami pengawetan dan bercelah
Menurut tabel perbandingan koefisien cassagrande, tanah tesebut
tergolong pada tanah pasir atau campuran pasir – kerikil.
Menurut tabel perbandingan koefisien wesley, maka jenis tanah
pada sampel ini termasuk dalam golongan pada pasir pasir sangat
halus, lanau dan lempung – lanau berlapis-lapis dan berarti
lempung yang mengalami pengawetan dan bercelah
Semakin tinggi viskositas maka koefisien permeabilitas tanahnya
semakin kecil
Semakin merata ukuran distribusi ukuran porinya, koefisien
permeabilitasnya semakin kecil
Aplikasi pada modul praktikum permeabilitas ini adalah
untuk mengetahui nilai permeabilitas dan menentukan
kemampuan tanah yang dilewati air melalui pori-porinya
dan hal ini digunakan dalam konstruksi bendung tanah
urugan dan persoalan drainase. Contoh pada pengaplikasian
modul permeabilitas yaitu bendungan, dimana bendungan
jika terlalu banyak air yang mengalir dibawah tanah yang
atasnya tertutup oleh beton maka lambat laun akan
mengalami pengikisan dan dapat menjadi jebol akibat air
yang mengalir sangatlah besar sehingga menekan dinding
tersebut.
REFERENSI
Lambe T.W. ”Soil Testing For Engineers”. John Willey and Sons. New
York. 1951.
Punmia, B.C. ”Soil Mechanis and Foundation”. Standard Book House.
Delhie. 1981.
Wesley, LD. ”Mekanika Tanah”. Badan Penerbit Pekerjaan Umum. 1977.
Budhu, M.Soil Mechanics and Foundations 3rd Edition.John Wiley &
Sons, Inc.United States of America : 2010.
Modul I praktikum mekanika tanah.Departemen Teknik Sipil UI: 2014
LAMPIRAN
Mould permeability sudah terisi tanah pasir dan tanah,serta alat tumbuk
Moukd permeability siap dialiri air reservoir ketika menunggu gelembung
udara