p12 permeabilitas
DESCRIPTION
hghffgfTRANSCRIPT
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
1
Permeability
NAMA PRAKTIKUM : Evi Oktafiana 1406642870
Oby Robini 1406642993
Muwattha Malik 1406642920
KELOMPOK : P12
TANGGAL PRAKTIKUM :
JUDUL PRAKTIKUM : Permeabilitas
ASISTEN : Azzah Balqis Sabbah
PARAF DAN NILAI :
I. PENDAHULUAN
A. Standart Acuan & Referensi
- ASTM 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 Percobaan
Mencari nilai permeabilitas k dari suatu sampel tanah.
C. Alat-alat dan Bahan
a. Alat
Mould permeability
Gelas ukur
Penggaris
Jangka sorong
Stopwatch
Timbangan dengan ketelitian 0.1 gram
Alat Constant Head Test
Tamper
b. Bahan
Tanah lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ± 2 kg
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
2
Permeability
Pasir
Air
Gambar 7.1 Peralatan praktikum permeability: a) Alat constant head test ; b) penggaris; c) Mould
Permeability; d) Jangka Sorong; e) Tamper; f) Gelas ukur
D. Teori dan Rumus yang Digunakan
Debit air yang mengalir q melalui tanah pada suatu cross-section area A
adalah proporsional terhadap gradien i yaitu :
(7.1)
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
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
3
Permeability
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 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.
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
4
Permeability
Gambar 7.2 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:
(7.2)
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
5
Permeability
dengan:
k = koefisien permeability
A = luas sample tanah
t = selang waktu
L = 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 7.3 Susunan alat Variable Head Permeability Test
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
6
Permeability
Jumlah air yang mengalir pada standpipe dalam waktu tertentu adalah:
Dengan :
a = luas cross-sectionstandpipe
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
∫
∫
(7.3)
Dengan:
a= luas cross-section standpipe
L= panjang sampel didalam permeameter
A= luas cross-section permeameter
t = jumlah waktu pada waktu pengukuran
h0, h1= tinggi head (lihat gambar 7.2)
Koefisien permeabilitas pada suhu kamar (TºC) adalah KT sedangkan untuk suhu
standar (20ºC) perlu dikonversi menjadi:
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
7
Permeability
K20 = KT( ηT / η20 ) (7.4)
dimana:
ηT = viskositas cairan pada temperatur T°C.
η20 = viskositas cairan pada temperatur 20°C.
Perbandingan viskositas dapat dilihat pada gambar 7.3 dibawah ini (tabel koreksi
viskositas cairan).
Gambar 7.4 Grafik ηT /η20 (data International Critical Tables, Vol. V)
Temperatur ˚C
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
8
Permeability
Menurut Tabel Koefisien Permeabilitas BS 8004: 1986, nilai-nilai permeabilitas
untuk berbagai jenis tanah pada suhu standar (20˚C) adalah sebagai berikut:
Tabel 7.1 Koefisien permeabilitas (m/s) (BS 8004: 1986)
Menurut Cassagrande pada tahun 1938, nilai-nilai permeability untuk berbagai jenis
tanah pada suhu standar (20˚C) adalah sebagai berikut:
Tabel 7.2 Koefisien permeabilitas menurut Cassagrande
Menurut Wesley pada suhu standar (20˚C):
Tabel 7.3 Koefisien permeabilitas menurut Wesley
I. PRAKTIKUM
A. Persiapan Praktikum
1. Siapkan tanah kering yang lolos saringan No. 4 ASTM sebanyak ±2 kg,
dan pasir sebanyak 2 kg.
2. Siapkan mould permeability, kemudian catat data diameter, tinggi, serta
berat mould.
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
9
Permeability
3. Campur tanah dengan pasir dengan perbandingan tertentu (tanah:pasir =
1:1 / 2:1 / 1:2 / 1:3) sehingga terdapat 4 sampel campuran tanah dan pasir,
kemudian aduk sampai rata.
4. Kemudian masukkan campuran tanah dan pasir untuk setiap masing-
masing perbandingan tersebut ke dalam mould hingga padat dan
perhatikan filter pada bagian atas dan dasar mould agar harus selalu
terpasang.
5. Tutup mould dan letakkan pada alat permeability.
B. Jalannya Praktikum
1. Percobaan yang dilakukan adalah Constant Head Test, pertama-tama
alirkan air melalui selang, naik ke reservoir di atas kemudian masuk ke
mould permeability hingga seluruh tanah di dalam mould jenuh sempurna.
2. Keluarkan 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. Usahakan 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. Perhatikan air yang keluar dari mould hingga tidak terjadi perubahan
(konstan).
6. Setelah konstan, tampung air limpahan tersebut ke dalam gelas ukur
sambil dicatat waktu menggunakan stopwatch.
II. PENGOLAHAN DATA
A. Data Hasil Praktikum
Sampel 1 :
Volume air tertampung (V) = 18 ml = 0,000018 m3 (dalam 60 detik)
Diameter Mold (D) = 76,017 mm = 0,076 m
Wtanah = 750 gr
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
10
Permeability
Wpasir = 750 gr
Tinggi sampel (L) = 22,5 cm= 0,225 m
Luas (A) = D x L = 0,076 m x 0,225 m = 0,0171 m2
Tinggi constant head (h) = 108 cm = 1,08 m
Sampel 2 :
Volume air tertampung (V) = 34,33 ml = 0,00003433 m3 (dalam 60 detik)
Diameter Mold (D) = 75,87 mm = 0,07587 m
Wtanah = 1000 gr
Wpasir = 500 gr
Tinggi sampel (L) = 22,5 cm = 0,225 m
Luas (A) = D x L = 0,07587 m x 0,225 m = 0,0171 m2
Tinggi constant head (h) = 107 cm = 1,07 m
Sampel 3 :
Volume air tertampung (V) = 72,33 ml = 0,00007233 m3 (dalam 60 detik)
Diameter Mold (D) = 75,78 mm = 0,07578 m
Wtanah = 500 gr
Wpasir = 1000 gr
Tinggi sampel (L) = 22 cm = 0,22 m
Luas (A) = D x L = 0,07578 m x 0,22 m = 0,0167 m2
Tinggi constant head (h) = 107,5 cm = 1,075 m
Sampel 4 :
Volume air tertampung (V) = 53 ml = 0,000053 m3 (dalam 60 detik)
Diameter Mold (D) = 75,59 mm = 0,07559 m
Wtanah = 300 gr
Wpasir = 900 gr
Tinggi sampel (L) = 22,5 cm = 0,225 m
Luas (A) = D x L = 0,07559 m x 0,225 m = 0,017 m2
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
11
Permeability
Tinggi constant head (h) = 106 cm = 1,06 m
B. Perhitungan
Sampel 1
Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 29oC )
K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )
K30 = ( 0,000018 x 0,225 ) / (0,0171 x 1,08 x 602)
= 6,092 x 10-8
m/s
sehingga untuk suhu standar (20oC)
K20 = K29 (η29 / η20) ; η29 / η20 = 0,8145
K20 = 6,092 x 10-8
(0,8145)
= 4,962 x 10-8
m/s
Keterangan:
V = volume air yang tertampung
L = tinggi sampel
A = luas sampel
h = tinggi konstan
t = waktu
Sampel 2
Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 30oC )
K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )
K30 = ( 0,00003433 x 0,225 ) / (0,0171 x 1,07 x 602)
= 1,173x 10-7
m/s
sehingga untuk suhu standar (20oC)
K20 = K30 (η30 / η20) ; η30 / η20 = 0,7964
K20 = 1,173x 10-7
(0,7964)
= 9,342 x 10-8
m/s
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
12
Permeability
Sampel 3
Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 30oC )
K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )
K30 = ( 0,00007233 x 0,22 ) / (0,0167 x 1,075 x 602)
= 2,462 x 10-7
m/s
sehingga untuk suhu standar (20oC)
K20 = K30 (η30 / η20) ; η30 / η20 = 0,7964
K20 = 2,462 x 10-7
(0,7964)
= 1,961 x 10-7
m/s
Sampel 4
Koefisien Permeabilitas pada suhu kamar ( 30oC )
K30 = ( V. L ) / ( A . h . t2 )
K30 = ( 0,000053 x 0,225 ) / (0,017 x 1,06 x 602)
= 1,838 x 10-7
m/s
sehingga untuk suhu standar (20oC)
K20 = K30 (η30 / η20) ; η30 / η20 = 0,7964
K20 = 1,838 x 10-7
(0,7964)
= 1,464 x 10-7
m/s
Nilai-nilai k yang didapat kemudian dirangkum pada sebuah tabel di bawah
ini:
Tabel 4. Hasil
K20 (m/s)
K29 (m/s) 6,092 x 10-8
4,962 x 10-8
K30 (m/s) 1,173x 10-7
9,342 x 10-8
K30 (m/s) 2,462 x 10-7
1,961 x 10-7
K30 (m/s) 1,838 x 10-7
1,464 x 10-7
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
13
Permeability
III. ANALISA
A. Analisa Percobaan
Praktikum Permeability ini bertujuan untuk mencari nilai
permeabilitas k dari suatu sampel tanah. Maksud dari permeabilitas untuk
menentukan kemampuan tanah dilewati air melalui pori-porinya dan hal ini
penting dalam konstruksi bendung tanah urugan dan persoalan drainase.
Persiapan yang dilakukan pada percobaan ini adalah menyiapkan tanah dan
pasir yang lolos saringan nomor 4 dengan perbandingan sebagai berikut:
Tabel 5. Tabel Perbandingan Tanah dan Pasir Sampel
Perbandingan Tanah
(gram)
Pasir
(gram)
1:1 750 750
2:1 1000 500
1:2 500 1000
1:3 300 900
Setelah mendapatkan jumlah yang diinginkan, pasir dan tanah tersebut
kemudian dicampur hingga terdistribusi secara merata. Jika pembagian butir
pasir dan tanah telah merata, setelah itu dilakukan pengukuran terhadap
mould. Pengukuran ini meliputi pengukuran terhadap diameter dan tinggi dari
mould yang digunakan. Pengukuran diameter mould dilakukan sebanyak 3
kali dengan menggunakan jangka sorong agar hasil pengukuran lebih tepat.
Setelah hal ini selesai dilakukan, maka campuran pasir dan tanah tadi
kemudian dimasukkan ke dalam mould. 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. Hal yang perlu
diperhatikan adalah filter mould harus berada di sisi atas dan bawah dari
mould agar butiran pasir dan tanah tidak keluar dari mould. mould kemudian
ditutup dipasang pada alat alat permeability.
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
14
Permeability
Percobaan permeability ini menggunakan metode Constant Head Test
karena waktu yang dibutuhkan untuk melakukan metode ini lebih pendek. Hal
pertama yang dilakukan dari percobaan ini yaitu mengalirkan air kran melalui
selang hingga naik ke reservoir kemudian masuk ke mould permeability
melalui selang yang lain hingga seluruh tanah jenuh sempurna / terisi dengan
air. Udara yang terperangkap dalam alat dikeluarkan dengan cara membuka
bolt sehingga tidak ada gelembung udara lagi di dalamnya.
Kemudian dilanjutkan dengan mengamati reservoir untuk melihat kestabilan
air di dalamnya. Stabil yang dimaksud yaitu di saat air sudah rata dan tidak
bergelombang dalam reservoir. Dilanjutkan dengan mengukur tinggi muka air
dan mould. Air akan mengalir keluar dari alat permeability dan ditampung
dalam gelas ukur. Setiap 60 detik dicatat nilai dari gelas ukur. Waktu 60 detik
ini ditentukan hanya untuk mengetahui kekonstanan volume dengan waktu
yang terjadi.
B. Analisa Data dan Hasil
Hasil perhitungan terhadap nilai permeabilitas dari sampel tanah yang
digunakan menggunakan suhu ruangan yaitu 29ºC atau dan 30 ºC atau
perlu dikonversi menjadi koefisien permeabilitas dengan suhu standar
20ºC atau dengan grafik perbandingan viskositas cairan. Nilai koefisien
permabilitas yang didapat ternyata menghasilkan kesimpulan jenis tanah
yang berbeda-beda bila dibandingkan dengan nilai koefisien permeabilitas
tanah berdasarkan BS 8004:1986. Perbandingan nilai koefisien tanah
berdasarkan BS 8004:1986 adalah menggungakan rentangan nilai. Melalui
rentang nilai tersebut, sampel tanah yang berkoefisien sebagai berikut:
Tabel 6. Hasil penggolongan berdasarkan BS 8004:1986
No. Sampel K20 (m/s) Golongan
1 4,962 x 10-8
Lempung tak bercelah dan lempung
lanau (>20% lanau).
2 9,342 x 10-8
Lempung tak bercelah dan lempung
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
15
Permeability
lanau (>20% lanau).
3 1,961 x 10-7
Pasir sangat halus, lanau dan lempung
lanau berlapis-lapis; lempung yang
mengalami pengawetan dan bercelah.
4 1,464 x 10-7
Pasir sangat halus, lanau dan lempung
lanau berlapis-lapis; lempung yang
mengalami pengawetan dan bercelah.
Begitu juga bila dibandingkan dengan nilai permeabilitas yang ditetapkan
melalui penelitian Cassagrande. Sampel taanah yang digunaka dalam
percobaan masuk ke dalam rentang nilai 1 x 10-9
– 1 x 10-5
. Melalui rentang
nilai tersebut maka dapat disimpulkan bahwa berdasarkan nilai permeabilitas
dari penelitian Cassagrande, tanah yang digunakan tergolong dalam jenis
tanah yang terdiri atas pasir halus, lanau organik, campuran pasir, lanau, clay
seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini:
Koefisien Permeabilitas menurut Cassagrande
Sedangkan bila dibandingkan dengan nilai koefisien permeabilitas menurut
Wesley, maka sampel tanah praktikan tergolong jenis tanah dengan pasir
halus.
Tabel 7. Hasil penggolongan berdasarkan Wesley
No. Sampel K20 (m/s) Golongan
1 4,962 x 10-8
Lempung
2 9,342 x 10-8
Lempung
3 1,961 x 10-7
Lanau
4 1,464 x 10-7
Lanau
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
16
Permeability
Koefisien Permeabilitas menurut Wesley
C. Analisa Kesalahan
Beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya kesalahan dalam praktikum
permeability yaitu:
1. Pencampuran tanah dan pasir yang tidak merata.
2. Kurang tanggapnya praktikan saat mengambil jumlah air pada selang
waktu 60 detik sehingga terdapat kelebihan atau kekurangan jumlah air.
3. Tanah yang kurang padat ketika di masukkan ke dalam mold, sehingga
mengakibatkan lamanya mencapai saat aliran yang mengalir stabil.
4. Tidak diukurnya suhu ruangan secara langsung pada saat pelaksanaan
percobaan, akan tetapi menggunakan temperatur dari percobaan specific
gravity.
5. Pengukuran tinggi air kurang tepat karena pengaruh dari permukaan air
yang bergelombang.
IV. KESIMPULAN
Tanah yang dijadikan sampel yang berjumlah 4 sampel dengan komposisi
perbandingan yang berbeda-beda berdasarkan perhitungan didapatkan nilai k yang
dibandingkan berdasarkan Tabel Koefisien Permeabilitas BS 8004:1986,
tergolong dalam lempung tak bercelah dan lempung lanau (>20% lanau) untuk
sampel 1 dan 2, (dengan nilai k = 10-8
) dan Pasir sangat halus, lanau dan lempung
lanau berlapis-lapis; lempung yang mengalami pengawetan dan bercelah. (dengan
nilai k = 10-7
).
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
17
Permeability
Berdasarkan tabel koefisien dari Cassagrande maka jenis tanah yang dijadikan
sampel adalah jenis tanah yang terdiri dari pasir halus, lanau organik, campuran
pasir, lanau, clay (dengan nilai k = 10-9
– 10-5
). Berdasarkan penelitian dari
Wesley maka jenis tanah yang dijadikan sampel memiliki jenis tanah yang
tergolong tanah lempung untuk sampel 1 dan 2 (dengan nilai k sebesar 1 x 10-11
–
5 x 10-8
) sedangkan untuk sampel 3 dan 4 tergolong tanah lanau (dengan nilai k
sebesar 1 x 10-7
– 5 x 10-6
).
V. LAMPIRAN
Laboratorium Mekanika Tanah
Departemen Teknik Sipil - Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
18
Permeability
Lampiran
Foto 1. Proses penimbangan dan pencampuran sampel tanah dan pasir
Foto 2. Proses pengukuran diameter mould.
Foto 3. Proses penuangan sampel kedalam mould lapis per lapis
Foto 4. Proses penumbukan tiap lapisan.
Foto 5. Proses pengukuran tinggi muka air dan reservoir ke mould.