tugas aliran air tanah

23
Percobaan menentukan nilai Koefisien Permeabilitas Tanah ( K ) Jenis tanah : lanau, sedikit lempung, sedikit berpasir Rumus yang digunakan : K = QL ∆HA , dengan : Q : debit aliran (cm3/s) diperoleh dari volum gelas ukur dibagi waktu isi L : panjang tabung berisi tanah (cm) ΔH : perbedaan elevasi air antara tabung 1 dan tabung 2 (cm) A : luas penampang tabung berisi tanah = 0,25 x Π x 8,2 2 = 52,8102 cm 2 1. Menggunakan tanah yang tidak dipadatkan Percoba an H 1 (cm) H 2 (cm) ΔH (cm) h (cm) volum (cm 3 ) t (deti k) Q (cm 3 / s) K (cm/ s) 1 78 54 24 5 155,86 23 451 0,345 6 0,007 1 2 407 0,383 0,007 1 H 1 h L = 26 H 2 ΔH D = 8,2 d = 6,3 Tabung Tabung Gela s Tabung berisi Pipa /

Upload: fendibudiono

Post on 24-Jun-2015

2.092 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: Tugas Aliran Air Tanah

Percobaan menentukan nilai Koefisien Permeabilitas Tanah ( K )

Jenis tanah : lanau, sedikit lempung, sedikit berpasir

Rumus yang digunakan :

K = Q L

∆ H A , dengan :

Q : debit aliran (cm3/s) diperoleh dari volum gelas ukur dibagi waktu isiL : panjang tabung berisi tanah (cm)ΔH : perbedaan elevasi air antara tabung 1 dan tabung 2 (cm)A : luas penampang tabung berisi tanah = 0,25 x Π x 8,22 = 52,8102 cm2

1. Menggunakan tanah yang tidak dipadatkan

PercobaanH1

(cm)H2

(cm)ΔH

(cm)h

(cm)volum(cm3)

t(detik)

Q(cm3/s)

K(cm/s)

178 54 24 5 155,8623

451 0,3456 0,00712 407 0,3830 0,00793 396 0,3936 0,0081

K rata-rata = 0,0077 cm/s

2. Menggunakan tanah yang dipadatkan

PercobaanH1

(cm)H2

(cm)ΔH

(cm)h

(cm)volum(cm3)

t(detik)

Q(cm3/s)

K(cm/s)

164 39 25 1 31,1725

923 0,0338 0,000672 812 0,0384 0,000763 786 0,0397 0,00078

K rata-rata = 0,00074 cm/s

1

H1

hL = 26 cm H2

ΔH

D = 8,2 cm

d = 6,3 cm

Tabung 1

Tabung 2

Gelasukur

Tabung berisi tanah

Pipa / selang

Page 2: Tugas Aliran Air Tanah

Contoh perhitungan :

H1 = 78 cm

H2 = 54 cm

ΔH = 24 cm

L = 26 cm

h = 5 cm

volum = 0,25 x Π x 6,32 x 5 = 155,8623 cm2

t = 451 detik

Q = volum

t =

155,8623451

= 0,3456 cm3/detik

K = Q L

∆ H A =

0,3456 x2624 x52,8102

= 0,0071 cm/detik

Foto - foto selama percobaan :

2

Gambar 1 : Botol berisi tanah Gambar 2 : Botol yang telah disambung

Gambar 3 : Rangkaian alat percobaan Gambar 4 : Gelas ukur yang berisi air

Page 3: Tugas Aliran Air Tanah

Menentukan Koefisien Permeabilitas Tanah ( K )

Permeabilitas suatu tanah bisa didapat dari pengujian laboratorium atau pun pengujian di lapangan.

1. Pengujian Permeabilitas di LaboratoriumUntuk menentukan koefisien permeabilitas :

a. Pengujian tinggi energi tetap (Constant Head)b. Pengujian tinggi energi turun (Falling Head)c. Penelitian secara tidak langsung dari pengujian konsolidasid. Pengujian kapiler horizontal

1.1 Constant Head PermeameterDigunakan untuk menghitung permeabilitas pada tanah granuler.

1.2 Falling Head PermeameterDigunakan untuk menghitung permeabilitas pada tanah berbutir halus.

3

Page 4: Tugas Aliran Air Tanah

1.3 Pengujian KonsolidasiDigunakan untuk menghitung permeabilitas pada tanah lempung dengan k = 10-6 - 10-9 cm/detik.

1.4 Pengujian Kapiler Horizontal

4

Page 5: Tugas Aliran Air Tanah

2. Pengujian Permeabilitas di LapanganUntuk menentukan koefisien permeabilitas :

a. Pumping Test (Uji Pemompaan)b. Borehole Infiltration Test (Uji Lubang Bor)c. Constant Head Testd. Falling Head Test

2.1 Pumping Test (Uji Pemompaan)Sebuah uji pemompaan dilakukan untuk mengevaluasi suatu akuifer.

Umumnya uji pemompaan dilakukan dengan memompa air dari satu sumur dengan laju stabil, minimal selama satu hari dan harus hati-hati mengukur tingkat air di sumur pemantauan.

Karakteristik akuifer yang dapat dievaluasi dengan uji pemompaan yaitu : Permeabilitas

Tingkat aliran air melalui suatu daerah. Dalam unit bahasa Inggris tingkat aliran air didefinisakan dalam galon per hari.

Penyimpanan spesifik atau Storativitas Transmissivitas

Dalam suatu pumping test, air di pompa keluar dari suatu sumur pada

kecepatan yang di ketahui selama waktu tertentu (beberapa jam atau beberapa

hari). Muka airtanah dipantau pada sumur yang dipompa serta pada satu

pengamatan atau lebih yang berjarak dekat dengan sumur tersebut.

Terdapat beberapa parameter yang saling berhubungan dengan parameter

akuifer, yaitu :

1. Muka airtanah selama pengujian

2. Kecepatan pemompaan

3. Waktu semenjak dimulainya pemompaan

4. Jarak antar sumur dipompa dan sumur pengamatan.

Beberapa keuntungan dan kerugian dari pumping test, yaitu :

1. Bersifat mengekstraksi air keluar dari akuifer.

2. Sangat baik untuk mengidentifikasi karakter akuifer yang berdekatan.

5

Page 6: Tugas Aliran Air Tanah

3. Mengukur karakter dalam skala besar keheterogenan dan anisotropi.

4. Lebih realistik tentang respon akuifer terhadap pemompaan.

5. Memerlukan waktu yang panjang, pompa, dan sumur pengamatan.

6. Sedikit kurang baik untuk lapisan akuitard.

Perencanaan suatu pumping test :

- Studi geologi

Mengetahui benar kondisi geologi bawah permukaan. Pengetahuan

geologi dapat mengacu pada geologi regional, data geofisik, data

geologi lokal, data topografi atau singkapan-singkapan.

- Menggunakan netoda analitik

Misalnya metoda Theis, Jacob dsb.

Pengukuran dalam persiapan pumping test :

- Mengukur diameter sumur.

- Mengukur muka air tanah awal dan kedalaman dasar sumur sehingga

diketahui tebal basah.

- Mendisain sumur pengamatan (ukurlah seperti pada sumur yang

dipompa dan jaraknya).

- Jarak sumur pengamatan diusahakan pengamatan diusahakan sedekat

mungkin.

Langkah pumping test :

- Pemompaan diusahakan dengan kecepatan yang kecil dahulu dinaikan

bila muka air tidak berubah dan seterusnya.

- Diusahakan air yang dipompa tidak diresapkan lagi ke sekitar sumur

yang memungkinkan mempengaruhi air dalam sumur.

- Mengukur muka air pada sumur pompa dan sumur pengamatan secara

bersama-sama berdasarkan perubahan muka air yang berarti, bila

perubahan muka air relatif kecil saat dipompa, waktu pengamatan

6

Page 7: Tugas Aliran Air Tanah

dapat dinaikan. Misal pada tahap awal setiap 0,5 menit bila perubahan

tak berarti naikan 1 menit beberapa kali dan seterusnya.

- Bila muka air tanah tidak berubah terhadap waktu selama dipompa

maka kondisi demikian disebut steady state dan pemompaan

dihentikan.

- Dalam Recovery test, waktu pengukuran muka airtanah dari mulai 0,5

menit dan seterusnya dinaikan waktu pengamatan bila muka airtanah

berubah sangat kecil.

Pengolahan data :

Seluruh data dapat diolah dengan metode Theis dan Jacob (bila perlu

dengan metode lainnya khusus untuk akuifer tak tertekan).

Perhitungan dalam Pumping Test ini :

Untuk lapisan tanah tak tertekan :

K = qπ

ln (r2/r1)(h2

2−h12)

Untuk lapisan tanah tertekan :

K = q

2πt ln (r2/r1)h2−h1

Gambar :

7

Page 8: Tugas Aliran Air Tanah

2.1 Bor Hole Infiltration Test (Uji Lubang Bor)Salah satu metode untuk mengukur permeabilitas di lapangan. Ketika muka

air dangkal, metode augerhole atau tes siput, dapat digunakan untuk menentukan permeabilitas di bawah muka air.

Metode ini dikembangkan oleh Hooghoudt (1934) di Belanda dan diperkenalkan di Amerika Serikat oleh Van Bavel id Kirkham (1948).

Metode ini menggunakan langkah-langkah berikut :1. Augerhole adalah perforasi ke dalam tanah di bawah permukaan air2. Air keluar dari augerhole3. Tingkat kenaikan tingkat air di dalam lubang dicatat4. Nilai K dihitung dari data :

Kh = C (Ho-Ht) / tt = waktu (dalam detik) sejak pengukuran pertama H sebagai HoF adalah faktor tergantung pada geometri lubang:F = 4000r / h '(20 D / r) (2-h' / D)dimana: r = jari-jari lubang silinder (cm), h= kedalaman rata-rata tingkat air di dalam lubang relatif terhadap

muka air (cm), dinyatakan dengan h '= (Ho Ht) / 2D= adalah kedalaman dasar lubang relatif terhadap meja air dalam

tanah (cm).

8

Page 9: Tugas Aliran Air Tanah

Gambar :

2.1 Constant Head TestBertujuan untuk menentukan koefisien permeabilitas tanah dengan

menggunakan metode kepala konstan.

Perencanaan dan organisasi:1. Persiapan sampel tanah untuk menguji 2. Mencari debit melalui spesimen di bawah kepala tertentu air.

Definisi koefisien permeabilitas :Kondisi tingkat aliran bawah laminar melalui suatu luasan penampang berupa media pori di bawah gradien hidrolik unit.

Peralatan: 1. Permeameter cetakan berbahan non-corrodible dengan kapasitas

1000 ml, diameter 100 mm dan internal 0,1 tinggi efektif dari 127,3 0,1 mm.

2. Cetakan harus dilengkapi dengan pelat dasar yang dapat dilepas dan removable ekstensi counter.

3. Peralatan kompaksi: 50 mm diameter circular face, berat 2,76 kg dan tinggi jatuh 310 mm seperti yang ditentukan dalam IS 2720 bagian VII 1965.

4. Drainage bade dengan cakram berpori, 12 mm tebal yang memiliki permeabilitas 10 kali diharapkan permeabilitas tanah.

5. Drainage cap dengan tebal 12 mm cocok untuk koneksi ke air inlet atau outlet.

9

Page 10: Tugas Aliran Air Tanah

6. Kepala tangki konstan: Sebuah reservoir air yang tepat mampu memasok air untuk permeameter di bawah kepala konstan.

7. Gelas silinder Lulusan untuk menerima debit tersebut.8. Berhenti untuk melihat catatan waktu.9. Skala meter untuk mengukur perbedaan kepala dan panjang

spesimen.

Prosedur Uji:1. Untuk pengaturan kepala konstan, spesimen harus

terhubung melalui inlet ke reservoir atas kepala konstan. 2. Buka stopkontak di bawah.3. Stabilkan aliran air.4. Kuantitas aliran untuk interval waktu yang tepat dapat dikumpulkan.5. Ulang tiga kali untuk interval yang sama.

Perhitungan :Koefisien permeabilitas untuk tes kepala konstan dinyatakan sebagai:

K= qLAh

dengan : K = Koefiseien Permeabilitas (cm/sec)q = Debit (cm3/sec)L = Panjang Spesimen (cm)A = Luas penampang dari spesimen (cm2)

H = Perbedaan kepala hidrolik antara akhir upgradient sampel dan akhir

downgradient sampel (cm)

Gambar :

10

Page 11: Tugas Aliran Air Tanah

2.2 Falling Head TestTujuan :Untuk menentukan koefisien permeabilitas sampel tanah yang diberikan,

dengan metode falling head.

Metode falling head penentuan permeabilitas digunakan untuk tanah dengan debit rendah.

Prinsip Percobaan :Bagian dari air melalui bahan berpori disebut rembesan. Bahan dengan void

menerus disebut sebagai bahan berpori.

Maka permeabilitas didefinisikan sebagai laju aliran air dalam kondisi laminar melalui unit luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran melalui media berpori di bawah unit gradien hidrolik dan dalam kondisi temperatur standar.

Prinsip tes ini adalah hukum Darcys untuk aliran laminar. Laju debit sebanding dengan (i x A)

q = kia

dimana q = debit per satuan waktuA = Total areal dari tanah tegak lurus terhadap arah aliran.i = gradient hidrolik.

11

Page 12: Tugas Aliran Air Tanah

K = koefisien permeabilitas Darcy

  Perkakas dan perlengkapan yang diperlukan untuk tes ini adalah :

1. Permeameter dengan aksesorinya. 2. Spesimen tanah standard

3. Timbangan untuk menimbang sampai 1 gram 4. Saringan 4,75 mm dan 2 mm

5. Panci pencampur 6. Stopwatch

7. Botol Pengukur 8. Skala meter 9. Termometer

10. Container air 11. Pisau Pemangkas dll

Pengetahuan Alat :

(A) Permeameter terbuat dari bahan non-corrodible dengan kapasitas 1000 ml, dengan diameter internal yang efektif 1.000,1 mm dan tinggi 127,3 0,1 mm.

(B) Cetakan memiliki pelat dasar yang dapat dilepas dan eksterior yang dapat dilepas.

(C) Peralatan pemadatan memiliki wadah bundar dengan diameter 50 mm dan panjang 310 mm dengan berat 2,6 kg.

(D) Basis drainase adalah cakram berpori, 12 mm tebal dengan permeabilitas 10 kali tanah.

(E) Tutup drainase juga merupakan disk pori ketebalan 12 mm dengan sebuah inlet / outlet pas.

(F) Tangki kontainer memiliki katup overflow. Ada juga sebuah botol lulus untuk mengumpulkan debit.

(G) Pengaturan pipa berdiri dilakukan pada papan dengan 2 atau pipa gelas 3 dari diameter yang berbeda.

Prosedur Eksperimental :

12

Page 13: Tugas Aliran Air Tanah

1. Siapkan spesimen tanah sebagaimana ditentukan.

2. Deaired water lebih disukai.

3. Pasang permeameter dalam tangki bawah dan isi tangki dengan air.

4. Inlet terhubung ke pipa berdiri. Biarkan air mengalir sampai aliran tunak diperoleh.

5. Catat waktu interval untuk penurunan kepala di pipa berdiri h.

6. Ulangi 5 langkah di atas tiga kali untuk menentukan t untuk kepala yang sama.

7. Hitung dengan mengumpulkan q untuk pipa berdiri. timbang yang benar untuk 1 gram dan menemukan a dari q / h = a.

Perhitungan :

Koefisien permeabilitas untuk falling head test dinyatakan sebagai :

k = 2,3a L(log10 h21 /h2)

A t

K dalam keadaan standar temperatur 27oC = K γ t

γ 27

γt = viskositas air pada temperatur toC

γ27 = viskositas air pada temperatur ruang 27oC

Interpretasi hasil :

K > 10-1 cm/detik : permeabilitas tinggi

K = 10-1 cm/detik : permeabilitas sedang

K < 10-1 cm/detik : permeabilitas rendah

Gambar :

13

Page 14: Tugas Aliran Air Tanah

Tabel Koefisien Permeabilitas Tanah ( K )

Jenis TanahKoefisien Permeabilitas

(cm/detik)Kerikil > 10Pasir 0,01 - 10Lanau 0,00001 - 0,01

Lempung < 0,00001

14

Page 15: Tugas Aliran Air Tanah

Persamaan Darcy

QA

=V=K .ΔHL

Hukum Darcy adalah hubungan proporsional sederhana antara tingkat debit langsung melalui media berpori, viskositas fluida dan penurunan tekanan atas jarak tertentu.

Q = −KAμ

(Pb−Pa)L

Debit total, Q (unit volume per waktu, misalnya, ft³ / s atau m³ / s) adalah sama dengan produk dari permeabilitas (κ unit daerah, misalnya m²) medium, luas penampang (A ) mengalir, dan penurunan tekanan (Pb - Pa), semua dibagi dengan viskositas dinamis μ (dalam satuan SI misalnya kg / (· m s)), dan panjang L penurunan tekanan adalah mengambil tempat ini. Tanda negatif diperlukan karena cairan mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Jadi jika perubahan tekanan negatif (dalam arah-x) maka aliran akan positif (dalam arah-x).

15

Page 16: Tugas Aliran Air Tanah

Persamaan Darcy-Weisbach

Persamaan Darcy-Weisbach adalah persamaan fenomenologika yang berkaitan dengan headloss, atau kehilangan tekanan akibat gesekan sepanjang pipa terhadap kecepatan aliran rata-rata. Persemaan ini terbentuk atas kontribusi Henry Darcy dan Julius weisbach

Persamaan Darcy-weisbach mengandung faktor gesekan tak berdimensi, yang dinamai faktor gesekan Darcy, faktor gesekan Darcy-Weisbach, atau faktor gesekan Moody. Faktor gesekan Darcy besarnya empat kali faktor gesekan Fanning, dan tidak boleh disamakan.

Headloss dapat dihitung dengan:

hf = f LD

V 2

2g

dengan

hf adalah headloss akibat gesekan; L adalah panjang pipa; D adalah diameter hidrolik dari pipa (untuk pipa yang berbentuk melingkar, diameter

hidrolik sebanding dengan diameter pipa tersebut); V adalah kecepatan rata-rata dari aliran, sebanding dengan debit aliran dibagi dengan

perimeter basah; g adalah percepatan gravitasi; f adalah koefisien tak berdimensi yang disebut faktor gesekan Darcy

Rumus faktor gesekan Darcy adalah persamaan yang berdasarkan pada data eksperimen dan teori untuk faktor gesekan Darcy. Faktor gesekan Darcy adalah satuan tak berdimensi yang

16

Page 17: Tugas Aliran Air Tanah

digunakan dalam persamaan Darcy-Weisbach, untuk mendeskripsikan kehilangan tekanan akibat gesekan dalam aliran pipa. Rumus faktor gesekan Darcy dapat diaplikasikan pada berbagai jenis aliran seperti :

1. Aliran LaminerRumus faktor gesekan Darcy untuk aliran laminer (ketika bilangan Reynolds di bawah 2300) adalah:

f = 64ℜ

di mana

f adalah faktor gesekan Darcy Re adalah bilangan Reynolds

2. Aliran TransisiAliran transisi terjadi ketika aliran memiliki bilangan Reynolds sebesar antara 2300 hingga 4000; aliran ini tidak laminer dan juga tidak turbulen. Nilai dari faktor gesekan Darcy bervariasi dan menimbulkan ketidakpastian yang cukup besar dalam menentukannya.

3. Aliran TurbulenPersamaan Colebrook adalah persamaan implisit yang mengkombinasikan hasil eksperimen terhadap aliran turbulen di pipa halus dan pipa kasar. Persamaan ini dikembangkan oleh C. F. Colebrook dan C. M. White pada tahun 1939. Persamaan ini juga disebut dengan persamaan Colebrook-White.Untuk saluran pipa yang terisi penuh oleh air dengan nilai bilangan Reynolds melebihi 4000, faktor gesekan Darcy didefinisikan sebagai:

1√ f

=−2 log10( εD h

3,7+ 2,51

ℜ√ f )atau

1

√ f=−2 log10( ε

14,8Rh

+2,51ℜ√ f )

di mana:

f adalah faktor gesekan Darcy adalah ketinggian kekasaran Dh adalah diameter hidrolik; untuk pipa bulat dengan air terisi penuh, nilainya

sama dengan diameternya Rh adalah jari-jari hidrolik; untuk pipa bulat dengan air terisi penuh, nilainya

sama dengan seperempat diameternya Re adalah bilangan Reynolds

17

Page 18: Tugas Aliran Air Tanah

4. Aliran Permukaan BebasBentuk persamaan Colebrook lainnya ada untuk bentuk aliran permukaan bebas. Kondisi seperti ini terjadi pada pipa yang tidak terisi penuh.

Untuk aliran permukaan bebas:

1

√ f=−2 log10( ε

12Rh

+2,51ℜ√ f )

Peranan Analisa Aliran Air Tanah dalam Teknik Sipil

Pengetahuan tentang analisa aliran air tanah sangatlah penting dan mempunyai peranan yang

sangat luas. Analisa aliran air tanah banyak berguna dalam :

1. Memecahkan masalah yang melibatkan hasil rembesan melalui bendungan tanah

2. Membantu menganalisis stabilitas bendungan tanah

3. Membantu menganalisis tanggul kanal yang dipengaruhi oleh rembesan

4. Membantu menganalisis gaya uplift pada struktur bangunan

5. Untuk analisis kelayakan proyek

6. Memperkirakan arah aliran air tanah

7. Mengetahui tingkat konsolidasi dan penyelesaian struktur

8. Rencana metode menurunkan muka air tanah

9. Menghitung tekanan mengangkat dan perpipaan

10. Desain grouting

11. Untuk tes pembekuan tanah

12. Desain pit untuk pengisian ulang

18

Page 19: Tugas Aliran Air Tanah

19