PERMEABILITAS DAN ALIRAN AIR DALAM TANAH� Permeabilitas : sifat bahan berpori

(permeable / pervious), yang memungkinkan zat cair dapat mengalir lewat rongga porinya.

� Derajat permeabilitas tanah ditentukan oleh: 1. jenis tanah, 2. ukuran pori, 3. kepadatan tanah.

� Derajat permeabilitas dinyatakan dalam nilai koefisien permeabilitas = k (satuan : cm/det atau m/det).

Nilai k untuk Jenis-jenis Tanah

JENIS TANAH k (cm/det) NAMA

Kerikil > 10-1 High permeability

kerikil halus/pasir 10-1 –10-3 Medium permeability

pasir sangat haluspasir lanaulanau tidak padat

10-3 –10-5 Low permeability

lanau padatlanau lempunglanau tidak murni

10-5 – 10-7 Very low permeability

Lempung < 10-7 Impervious (rapat air)

� Nilai k tanah untuk bahan drainasi : ü k > 10-4 cm/s : good drainageü 10-6 < k < 10-4 cm/s : poor drainageü k < 10-6 cm/s : impervious� Nilai k tanah untuk bahan bendungan :ük > 10-4 cm/s : bahan perviousük < 10-4 cm/s : bahan impervious

ContohContoh padapada bendunganbendungan tanahtanah

1 2

1. Shell : bahan pervious (permeable)untuk stabilitas

2. core (inti) : bahan impervious untuk menahan kebocoran

dengan :h = tinggi tekanan total (m) z = tinggi elevasi terhadap suatu bidang datum (m)

(=tenaga potensial per satuan volume) p = tekanan hidrostatis (t/m2) γw = berat volume air (t/m3) p/γw = tenaga tekanan /volume = tinggi tekananv = kecepatan aliran (m/det) g = percepatan gravitasi (m/det2)v2/2g = tenaga kecepatan/volume = tinggi kecepatan

2gv

?p

z h 2

w

++=

Hukum Bernoulli :

� Khusus aliran air dalam tanah : p diganti u = tekanan poriv umumnya kecil à v2/2g ˜ 0 (diabaikan)

� Maka hukum Bernoulli untuk aliran dalam tanah :h = z + u/γw

= z + hw (tinggi elevasi + tinggi tekanan pori selalu konstan)

Aliran rembesan dalam tanah

z1

1

? h

hw2

hw1

z2

aliran

bidang datum

2

l

tanah

� Aliran air terjadi jika ada perbedaan tinggi tenaga antara 2 tempat.

∆h = h1 – h2

� Gradien hidrolik antara titik 1 dan 2 = selisih tinggi tenaga dibagi panjang lintasan

i = ∆h/l (tanpa satuan)

� Aliran air dalam tanah umumnya berupa aliran laminer, sehingga berlaku Hukum Darcy

v = k x idengan :

v = kecepatan (cm/detik)k = koefisien permeabilitas (cm/detik)i = gradien hidrolik.

� Debit (volume air yang mengalir per satuan waktu) :q = A x v = A x k x i

dengan :q = debit (m3/det) A = luas tampang tanah yang dialiri air (m2)

= luas pori= luas tampang tanah x kadar pori

v = kecepatan aliran (m/det)

UJI PERMEABILITAS DI LABORATORIUMUJI PERMEABILITAS DI LABORATORIUM

� Alat : permeameter .� jenis permeameter :1. Constant head permeameter

(permeameter dengan tinggi tenagakonstan) : untuk tanah yang permeabilitasnya tinggi (k>10-3 cm/s).

2. Falling head permeameter (permeameterdengan tinggi tenaga turun) : untuk tanahyang permeabilitasnya rendah (k< 10-3

cm/s).

Constant Head Permeameter

l Prinsip alat: Air mengalir terus menerus untuk menjaga agar tinggi air konstan

air ditampung dalam gelas ukur V cm3 dalam t detik

tanah uji

filter(agar tanah tidak erosi)

l h

Dari gambar :� selisih tinggi tekanan : h� lintasan air di dalam tanah : l� gradien hidrolik : i = h/l � debit : q = A x v = A . k. i = A . k . h/l� Volume air yang ditampung dalam waktu t :

V = q. t = A . k . h . t / lk = V.l / A . h . t

� A,h, dan l diketahui.� Jika percobaan dilaksanakan dalam t detik, ternyata air

yang tertampung = V cm3, maka nilai k dapat dihitung.

Falling Head Permeameter

pipa kecil dengan luas tampang a

tinggi air mula-mula saat t1

tinggi air akhir saat t2

tanah dengan luas tampang Adan tebal l

h1

h2

� Misalkan pada saat t tinggi air sebesar h, selang waktu dt air turun sebesar –dh.

� Pengurangan air dalam pipa kecil dV = -dh.a ........ à (1)

� Banyaknya air yang mengalir melalui tanahV = q.t = A . k .h/l . t

� Banyaknya air dalam waktu dt: dV = A . k .h/l . dt….. à (2)

� Persamaan (1) = (2)-dh . a = A . k .h/l . dt

� Jika pengujian dalam waktu t detik air dalam pipa turun dari h1sampai h 2 :

k = 2,303. a. l / A. t . log (h1/h2)k = (a. l / A. t) . ln (h1/h2)

MenentukanMenentukan nilainilai k k didi lapanganlapangan

� Pengujian di laboratorium menggunakan sampel kecil yang diambil di lapangan, yang sering tidak mewakili tanah secara keseluruhan. � Tanah di lapangan umumnya anisotropis,

berlapis-lapis dan tidak homogen, shg untuk proyek besar perlu pengujian k langsung di lapangan.

sumur uji sumur observasi

MA mula-mula

MA setelah dipompa

x1

x2

y1 y2

h

H

� Dibuat sumur bor sebagai sumur uji hingga kedalaman lapisan tanah rapat air dan beberapa sumur observasi.

� Air sumur uji dipompa dengan debit konstan. Muka air akan turun, ditunggu sampai stabil. Diamati tinggi air sumur observasi. Air mengalir menuju sumur dari semua arah.

� Sesuai dengan hukum kontinuitas, debit menuju sumur lewat tiap silinder sama.

� k efektif : k’ = 21

22

1x

y - y

)(ln

pq 1

2

⋅