BAB III

AIR TANAH, PERMEABILITAS, DAN

REMBESAN

3.1. AIR TANAHAir 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. Demikian juga air merupakan faktor yang sangat penting dalam masalah-masalah seperti :penurunan,stabilitas pondasi,stabilitas lereng, dll.Pada lapisan tanah terdapat tiga zone penting yaitu : zone jenuh air, zone kapiler, dan zone jenuh sebagian. Pada zone jenuh atau zone dibawah muka air tanah, air mengisi seluruh rongga-rongga. Pada zone ini tanah dianggap dalam keadaan jenuh sempurna. Batas atas dari zone jenuh adalh permukan air tanah atau freatis. Zone kapiler terletak diatas zone jenuh. Ketebalan zone ini tergantung dari macam tanah, akibatnya air mengalami isapan atau tekanan negative. Zone tak jenuh yang berkedudukan paling atas, adalh zone dekat permukaan tanah dimana air dipengaruhi oleh penguapan sinar matahari dan akar-akar tumbuh-tumbuhan.

3.2. PERMEABILITAS

Didefinisikan sebagai sifat bahan berpori yang memungkinkan aliran rembesan dari cairan yang berupa air atau minyak mengalir lewat rongga pori. Untuk tanah, Permeabilitas dilukiskan sebagai sifat tanah yang mengalirkan air melalui rongga pori tanah. Didalam tanah,sifat 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.

Aliran Air Dalam TanahTinggi energi total (total Head) adalah tinggi energi elevasi atau Elevation Head(z) ditambah tinggi energi tekanan atau pressure Head (h) yaitu Ketinggian kolom air hatau hB Didalam 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. Menurut Bernaulli, tinggi energi total (total Head) pada suatu titik dapat dinyatakan oleh persamaan :

h =

Dengan :

h= tinggi energi total (total head)(m)

p/w= tinggi energi tekanan (pressure head) (m)

p= tekanan air (t/m2,kN/m2)

v2/2g= tinggi energi kecepatan (velocity head) (m)

v= kecepatan air (m/det)

w= berat volume air (t/m3,kN/m3)

g= percepatan gravitasi (m/dt2)

z= tinggi energi elavasi (m)

Karena kecepatan renbesan didalam tanah sangat kecil,maka tinggi energi kecepatan dalam suku persamaan Bernoulli dapat diabaikan.Sehingga persamaan tinggi energi total menjadi :

h =

Untuk menghitung debit rembesan lewat tanah pada kondisi tertentu, di tinjau kondisi tanah.

Hukum Darcy

Darcy (1956), mengusulkan hubungan antara kecepatan dan gradient hidrolik sebagai berikut :

v = kiDengan :

v= Kecepatan air (cm/det)

i= Gradien hidrolik

k= Koefisien permeabilitas (cm/det)

Debit rembesan (q)dinyatakan dalam persamaan :

q = kiAKoefisien permeabilitas (k) mempunyai satuan yang sama dengan kecepatan cm/det atau mm/det. Yaitu menunjukkan ukuran tahanan tanah terhadap air, bila pengaruh sifat-sifatya dimasukkan, Maka :

k (cm/det) =

Dengan :

K= koefisien absolute (cm), tergantung dari sifat butiran tanah

= Rapat massa air (g/cm)

= koefisien kekentalan air (g/cm.det)

g= percepatan gravitasi ( cm/det)

Uji Permeabilitas Di Laboratorium

Ada empat macam pengujian untuk menentukan koefisien permeabilitas dilaboratorium, yaitu :

a). Uji tinggi energi tetap (Constant Head)

b). Uji tinggi energi turun (failing Head)

c). Penentuan secara tidak langsung dari uji konsolidasi

d). Penentuan secara tidak langsung dari uji kapiler horizontal

Uji Permeabilitas Di Lapangan 1. Uji Permeabilitas Dengan Menggunakan Sumur Uji Cara pemompaan dari air sumur uji dapat dipakai untuk menentukan koefisien permeabilitas (k) di lapangan.dalam cara ini,sebuah sumur digali danairnya di pompa dengan debit air tertentu secara kontinu.permukaan penurunan yang telah stabil yaitu garis penurunan muka air tanah yang terendah.Jari-jari R dalam teori hidrolika sumuran di sebut jari-jari pengaruh kerucut penurunan (radius of influence of the depression cone).Aliran air ke dalam sumur merupakan aliran gravitasi,dimana muka air tanah mengalami tekanan atmosfer.Debit pemompaan pada kondisi aliran yang telah stabil dinyatakan oleh persamaan DARCY :

q = vA = kiA = k (dy/dx) A

(m/det)Dengan :

v= Kecepatan aliran (m/det)

A= Luas aliran (m2)

i= dy/dx = gradient hidrolik

dy= ordinat kurva penurunan

dx= absis kurva penurunan2. Uji Permeabilitas Pada Sumur ArtesisAir yang mengalir dipengaruhi oleh tekanan artesis.

Debit arah Radial :

q = kA

Dengan :

q= Debit arah radial (m/det)

A= 2Luas tegak lurus arah aliran (m)

T= Tebal lapisan lolos air (m)

dy/dx= i = Gradien Hidrolik

3. Hitungan Koefisien Permeabilitas Secara Teoritis

Menurut Hagen dan Poiseuille,banyaknya aliran air dalam satuan waktu (q) yang lewat pipa dengan jari-jari R,dapat dinyatakan dengan persamaan :

q =

Dengan :

= Berat volume air

= Koefisien kekentalan absolute

a= Luas penampang pipa

S= gradient hidrolik

Jari-jari hidrolik R dari pipa kapiler dinyatakan dalam persamaan :

R

=

3.3. REMBESAN

Rembesan yang akan dipelajari disini didasarkan pada analisis dua dimensi. Bila tanah dianggap homogen dan isotropis, maka dalam bidang x-z hokum darcy dapat dinyatakan sebagai berikut:

v = ki= -k

v = ki= -k

3.3.1 Jaring Arus (Flow Net)

Sekelompok garis aliran dan garis ekipotensial disebut jaring arus (flow net). Garis 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 Tekanan Rembesan

Air pada keadaan statis didalam tanah, akan mengakibatkan tekanan hidrostatis yang arahnya keatas (uplift). Akan tetapi, jika air mengalir lewat lapisan tanah, aliran air akan mendesak partikel tanah sebesar tekanan rembesan hidrodinamis yang bekerja menurut arah alirannya. Besarnya tekanan rembesan akan merupakan fungsi dari gradient hidrolik.(i)

3.3.2.1 Pengaruh Tekanan Air Terhadap Stabilitas Tanah

Tekanan hidrodinamis mempunyai pengruh yang besar pada stabilitas tanah. Tergantung pada arah aliran, tekanan hidrodinamis dapat dipengaruhi oleh berat volume tanah.

3.3.2.2 Teori Kondisi Mengapung (Quick condition)

Telah disebutkan bahwa tekanan hidrodinamis dapat mengubah keseimbangan lapisan tanah. Pada keadaan seimbang, besarnya gayayang bekeja dibawah W = sama dengan gaya rembesan D =

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3 ,atau W-D = ODengan adalah gradient hidrolikkritis pada keseimbangan gaya diatas. Besarnya berat tanah terendam air ,adalah :

W = = ( 1-n )( - 1 )

=

(kN/m. t/m)

3.3.2.3. Keamanan Bangunan Terhadap Bahaya PipingTelah disebutkan bahwa bila tekanan rembesan keatas yang terjadi dalam tanah sama dengan i, maka tanah akan pada kondisi mengapung. Keadaan semacam ini juga dapat berakibat terangkutnya butir-butir tanah halus, sehingga terjadi pipa-pipa didalam tanah yang disebut Piping. Akibat pipa-pipa yang berbentuk rongga-rongga, dapat mengakibatkan fondasi bangunan mengalami penurunan, hingga mengganggu stabilitas bangunan. Faktor keamanan bangunan air terhadap bahaya piping, sebagai berikut :

SF =

Dengan iadalah gradien keluar maksimum (maximum exit gradient ) dan i = Gradien keluar maksimum tersebut dapat ditentukan dari jarring arus dan besarnya sama dengan tinggi energi antara garis ekipotensial terakhir, dan l adalah panjang dari elemen aliran.Lane (1935) menyelidiki keamanan struktur bendungan terhadap bahaya piping. Panjang lintasan air melalui dasar bendungan dengan memprhatikan bahaya pipingdihitung dengan cara pendekatan empiris, sebagai berikut :

L =

Dengan :

L

= Weighted creep distance

= Jumlah jarak horizontal menurut lintasan terpendek

= Jumlah jarak vertical menurut lintasan terpendek

Setelah weighted creep distance dihitung, weighted creep ratio (WCR) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :

WCR =

3.3.3 Kondisi Tanah Anisotropis

Dalam tinjauan tanah anisotropis, walaupun tanah mungkin homogen, tapi mempunyai permeabilitas yang berbeda pada arah vertical dan horizontalnya. Kebanyakan tanah pada kondisi alamnya dalam keadaan anisotropis, artinya mempunyai koefisien permeabilitas yang tidak sama kesegala arah, yaitu maksimum searah lapisan (arah horizontal), dan minimum kearah tegak lurus lapisannya (arah vertical). Arah-arah ini selanjutnya dinyatakan dalam arah x dan z. Dalam kondisi ini, permeabilitas pada arah horizontal dan vertikalnya dapat dinyatakan dalam bentuk :

k= k dan k= k

Untuk hal ini, persamaan Dracy akan bernentuk :

V= -ki= -k

EMBED Equation.3 Vz = -ki = -k

EMBED Equation.3 3.3.4 Kondisi Tanah Berlapis

3.3.4.1. Menghitung Debit Rembesan Tanah Berlapis Dengan Cara Jaring Arus

3.3.4.2. Menghitung Debit Rembesan Tanah Berlapis Dengan Cara Menganggap Sebagai Lapisan Tunggal

3.3.5 Rembesan Pada Struktur Bangunan

Hukum Dracy dapat digunakan untuk menghitung dabit rembesan yang melalui struktur bendungan. Dalam perencanaan sebuah bendungan, perlu diperhatikan stabilitasnya terhadap bahaya longsoran, erosi lereng dan kehilangan air akibat rembesan yang melalui tubuh bendungan.

3.3.5.1 Cara Dupuit

3.3.5.2 Cara Scahffernak

3.3.5.3 Cara A. Casagrande

3.3.5.4 Penggambaran Garis Rembesan Secara Grafis

Jika bentuk dan posisi garis rembesan paling atas pada potongan melintang bendungan diketahui, besarnya rembesan rembesan dapat dihitung. Bentuk garis rembesan , kecuali dapat ditentukan secara analistis , dapat juga ditentukan secara grafis atau dari pengamatan laboratorium dari sebuah model bendungan sebagai prototype, ataupun juga secara analogi elektris. Pengamatan menunjukkan bahwa garis rembesan yang melalui yang melalui bendungan berbentuk kurva parabolis, akan tetapi penyimpangan kurva terjadi pada daerah hulu dan hilirnya. Pengamatan secara grafis didasarkan pada sifat khusus dari kurva parabola.

3.3.5.5 Debit Rembesan Pada Bendungan Tanah Anisotropis

Jika permeabilitas tanah bahan bendungan anisotropis, untuk menghitung debit rembesan, maka penampang bendungan harus lebih dulu ditranformasi. Seperti yang telah dipelajari sebelumnya, nilai x transformasi adalah ;x=

Maka seluruh hitungan harus didasarkan pada gambartransformasinya, demikian juga untuk koefisien permeabilitas ekivalen :

K =

3.3.5.6 Kondisi Aliran Masuk,Keluar, dan Kondisi Transfer

Kondisi-kondisi aliran masuk,keluar, dan kondisi transfer dari garis rembesan melalui badan bendungan telah dianalisis oleh Casagrande (1937), maksud dari kondisi aliran masuk adalah bila aliran rembesan berasal dari daerah bahan tanah dengan koefisien permeabilitas sangat besar.

3.3.6 FilterBila air rembesan mengalir dari lapisan berbutir lebih halus menuju lapisan lebih kasar, kemungkinan terangkutnya butiran lebih halus lolos melewati bahan yang lebih kasar tersebut dapat terjadi. Erosi butiran dapat mengakibatkan turunnya tahanan aliran air dan naiknya gradient hidrolik. Bila kecepatan 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. Filter atau drainase untuk mengendalikan rembesan, harus memenuhi dua persyaratan:

1).Ukuran pori-pori halus cukup kecil untuk mencegah butir-butir tanah terbawa aliran.

2).Permeabilitas harus cukup tinggi untuk mengizinkan kecepatan drainase yang besar dari air masuk filternya.

https://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0CCQQFjAB&url=http%3A%2F%2Fsuryaadinatamt.files.wordpress.com%2F2011%2F07%2Fbab-iii-air-tanah-permeabilitas-dan-rembesan_bahan-kuliah-mekanika-tanah-1.doc&ei=Sf-qU9KWG5KGuAS8s4LABw&usg=AFQjCNH7R3u2Y29_KhsipsDikI_Y8Lt2TA&sig2=0vDDvEpYODmPTo_qnD5uIg&bvm=bv.69620078,d.c2Ejune 25 2014 23:59

11

_1290877139.unknown

_1291740278.unknown

_1291741965.unknown

_1291742105.unknown

_1291742281.unknown

_1291828393.unknown

_1291828413.unknown

_1291828672.unknown

_1291828344.unknown

_1291742235.unknown

_1291742264.unknown

_1291742215.unknown

_1291742047.unknown

_1291742085.unknown

_1291742005.unknown

_1291740959.unknown

_1291741849.unknown

_1291741875.unknown

_1291741714.unknown

_1291740529.unknown

_1291740603.unknown

_1291740412.unknown

_1290877766.unknown

_1291739495.unknown

_1291739643.unknown

_1291740257.unknown

_1291739605.unknown

_1291738976.unknown

_1291739405.unknown

_1290878027.unknown

_1290877548.unknown

_1290877666.unknown

_1290877698.unknown

_1290877621.unknown

_1290877254.unknown

_1290877366.unknown

_1290877222.unknown

_1290531701.unknown

_1290875564.unknown

_1290875765.unknown

_1290876135.unknown

_1290877074.unknown

_1290876109.unknown

_1290875678.unknown

_1290875737.unknown

_1290875656.unknown

_1290532515.unknown

_1290532920.unknown

_1290875442.unknown

_1290532603.unknown

_1290532249.unknown

_1290532292.unknown

_1290532124.unknown

_1290185046.unknown

_1290530860.unknown

_1290531540.unknown

_1290531612.unknown

_1290531463.unknown

_1290185143.unknown

_1290185257.unknown

_1290185102.unknown

_1290183855.unknown

_1290184841.unknown

_1290184996.unknown

_1290183929.unknown

_1290182071.unknown

_1290183808.unknown

_1290181428.unknown