Aliran Air di dalam tanah

Presentasi berjudul: "Aliran Air di dalam tanah"— Transcript presentasi:

1 Aliran Air di dalam tanah

2 http://www. cm. nitech. ac

3 http://www. cm. nitech. ac

4 http://www. cm. nitech. ac

5 http://www. cm. nitech. ac

6 ∑    

7 http://www. cm. nitech. ac

8 Pendahuluan Interkoneksi pori (rongga) dalam tanah memungkinkan air mengalir melalui tanah Debit aliran tergantung pada permeabilitas tanah Permeabilitas adalah kemampuan tanah untuk dilewati air Tanah kasar > tanah halus Aliran air dalam tanah menyebabkan gangguan terhadap stabilitas struktur pada tanah

9 Teton dam failure 5 June 1976 New dam was just completed in workman and machinery were still available at the site (US bureau reclamation photos)

10 Teton dam failure 5 june 1976 Flow increasing. Dozers sent to fill hole at El About AM June 5, 1976.

11 Teton dam failure 5 june 1976 Dozers lost in hole. About AM June 5, 1976

12 Teton dam failure 5 june 1976 Approximately AM June 5, 1976

13 Teton dam failure 5 june 1976 Second hole in face of dam . A few minutes after AM. June 5, 1976

14 Teton dam failure 5 june 1976 About AM. June 5, 1976.

15 Teton dam failure 5 june 1976 Dam crest breaching AM. June 5, 1976.

16 Teton dam failure 5 june 1976 Early afternoon June 5, 1976

17 Teton dam failure 5 june 1976 Late afternoon June 5, 1976

18 Teton dam failure 5 june 1976 Teton dam as it is today. The left side is where the breach occurred. The damage to the face and right side was done by engineers and other inspection teams trying to determine the cause of the failure. A memorial was built on the site but there are no plans to either complete the dam or to remove the remnant

19 Apakah permeabilitas? Ukuran bagaimana fluida (a.l. air) bisa mengalir melalui material berpori (a.l. tanah) air Tanah lepas - Mudah ditembus air - Permeabilitas tinggi Tanah padat - Sulit ditembus air - Permeabilitas rendah

20 Persamaan Bernoulli 2. Energi regangan 3. Energi potensial
Energi dari partikel fluida terbagi atas: 1. Energi kinetik Partikel air z - Kecepatan 2. Energi regangan - Tekanan datum 3. Energi potensial - elevasi (z) relatif terhadap datum

21 Persamaan Bernoulli Head kecepatan + Head Tekanan + Head elevasi
Ekspresi energi dengan satuan panjang: datum z Partikel air Head kecepatan + Total head = Head Tekanan + Head elevasi

22 Bernoulli’s Equation Head kecepatan + Head Tekanan + Head elevasi
Kecepatan air di dalam tanah sangat kecil (steady state), head kecepatan bisa diabaikan, datum z fluid particle Head kecepatan + Total head = Head Tekanan + Head elevasi Total head = Head tekanan + Head elevasi

23 Catatan Jika aliran terjadi dari A ke B, maka HEAD TOTAL di A lebih tinggi dari B water A B Energi terdisipasi karena resistansi tanah sehingga terjadi kehilangan energi (head)

24 Catatan Pada setiap titik di aliran:
Head tekanan = tekanan air pori (u)/w Head elevasi = tinggi di atas datum

25 Mengapa permeabilitas penting?
Permeabilitas mempengaruhi kecepatan penurunan tanah Desain dam tipe urugan tergantung pada permeabilitas tanah yang digunakan Stabilitas lereng dan dinding penahan tanah tergantung pada permeabilitas Filter tanah dibuat berdasarkan nilai permeabilitas Estimasi volume air pada struktur bawah tanah memerlukan permeabilitas

26 Muka air tanah Level dimana tekanan air pori sama dengan Nol
Pada kondisi statik, permukaan air sama pada semua titik Tekanan hidrostatik:

27 Muka air tanah Tanah berbutir kasar Tanah berbutir halus
Perched water tables Jika lapisan kedap air berada diantara lapisan tembus air

28 Tinggi tekan (satuan : m)
Tinggi kolom air adalah tinggi tekanan hw Perubahan karena efek posisi titik awal adalah tinggi elevasi (hz atau z) Total tinggi tekan (tekanan)

29 Tinggi tekan (satuan : m)
Jika aliran air memiliki kecepan tekanan karena kecepatan aliran adalah: Total tekanan adalah

30 Persamaan Bernoulli P z(P) Z diukur vertikal terhadap datum Datum
Kecepatan kecil P Z diukur vertikal terhadap datum z(P) Datum

31 Tekanan besarnya tekanan tergantung pada pemilihan datum
perbedaan tinggi tekan diperlukan agar terjadi aliran Misalkan pipa kapiler diletakkan pada dua titik berbeda 2 m 1m X 5 m P 1 m Lapisan kedap air Tinggi tekan merupakan elevasi muka air tanah pada pipa kapiler

32 Contoh: muka air statik
1. Perhitungan tekanan di P pilih datum pada permukaan lapisan kedap air 2 m 1m X maka 5 m P 1 m lapisan kedap air

33 Contoh: muka air statik
2. Perhitungan tekanan di X Pilih datum di permukaan lapisan kedap air 2 m 1m X maka 5 m P 1 m lapisan kedap air Tekanan di P dan X sama, sehingga tidak ada aliran pada daerah dengan muka air statik

34 Contoh: muka air statik
3. Perhitungan tekanan di P Pilih datum pada muka air tanah 2 m 1m X 5 m maka P 1 m lapisan kedap air

35 Contoh: muka air statik
4. Perhitungan tekanan di X Pilih datum di permukaan air tanah 2 m 1m X 5 m thus P 1 m lapisan kedap air Lagi, besar tekanan sama, tetapi nilainya berbeda, tergantung pemilihan datum

36 Air mengalir melalui tanah
Soil Sample Darcy menemukan bahwa debit q (volume per waktu): Berbanding lurus dengan beda head Dh Berbanding lurus dengan luas bidang A Berbanding terbalik dengan panjang lintasan air DL

37 Hukum Darcy Maka Dimana k adalah koefisien permeabilitas atau konduktivitas hidrolik. Persamaan di atas dapat ditulis sebagai atau dimana i = Dh/DL gradien hidrolik v = q/A kecepatan darcy

38 Gradien hidrolik Gradien hidrolik menggambarkan beda head
Aliran terjadi jika gradien hidrolik tidak sama dengan nol

39 Catatan panjang AB, sepanjang garis aliran
Gradien hidrolik (i) antara A dan B adalah kehilangan head total per satuan panjang. air A B panjang AB, sepanjang garis aliran

40 Pengukuran permeabilitas
inlet constant head device load H Manometers outlet L device for flow measurement sample porous disk Constant Head Permeameter

41 Constant head permeameter
Volume yang yang dibuang adalah X pada interval waktu T. Perbedaan head H sepanjang L diukur dengan manometer. Jika luar area A diketahui, maka hukum darcy: Sehingga k dapat dihitung: (3)

42 Measurement of permeability
Luas area pipa a porous disk H1 H H2 luas sampel A L Falling Head Permeameter

43 Falling head permeameter
Analysis Luas area pipa a Misalkan interval waktu adalah dt Aliran di pipa adalah = H1 Aliran di sampel = H H2 Sehingga luas sampel A L

44 Falling head permeameter
Solusi Luas area pipa a Solusi persamaan di atas: H1 H H2 luas sampel A L kondisi awal H=H Pada waktu t=t 1 1 Kondisi akhir H=H Pada waktu t=t 2 2.

45 Nilai permeabilitas 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10
10-11 10-12 Kerikil Pasir Lanau Lempung homogen Fissured & Weathered Clays (meter/detik)

46 Tanah berlapis: paralel dg lapisan
Paralel terhadap lapisan: Dimana H adalah tebal lapisan sehingga:

47 Tanah berlapis: tegak lurus lapisan
sehingga:

48 Permeabilitas ekuivalen
Permeabilitas ekuivalen untuk aliran paralel dan tegak lurus terhadap lapisan adalah:

49 Contoh Pengujian head tetap dilakukan pada tanah dan menghasilkan data sbb: a) volume air mengalir selama 500 detik adalah 0.034m3; b) h = 2m, L = 0.2m, A = 0.04m2. hitung k solusi: Debit q = 0.034/500 = 6.8 x 10-5 m3/detik

50 Contoh Hasil uji head berubah adalah sebagai berikut: A = 80 cm2
L = 10 cm H1 = 90 cm H2 = 84 cm T = 15 m A tube = 6 mm

51 Example

52 Contoh Sebuah saluran memiliki potongan melintang seperti gambar. Air mengalir secara vertikal dan horisontal dari saluran. Hitung permeabilitas equivalen pada arah horisontal dan vertikal. Asumsikan permeabilitas di tiap lapisan sama. Hitung rasio antara permeabilitas horisontal terhadapa vertikal untuk aliran yang melalui samping saluran.

53 Example Solusi H0 = 3 m

54 Contoh Solusi Rasio K kz(eq) dibawah saluran

55 Contoh Gambar dibawah menunjukkan tanah pada sebuah pipa dengan diameter 90 mm. beda head dibuat konstan pada 400 mm. hitung hA, dan permeabilitas di B, kB jika suplai air adalah 400cm3/jam dan permeabilitas tanah di A adalah 3 x 10-3 cm/det

56

57

58 Tekanan tanah jika ada aliran
Situasi statis (tanpa aliran) X tanah hw L z di X, v = whw + satz u = w (hw + z) v ' = ' z

59 Tekanan tanah jika ada aliran
Aliran ke bawah di X, v = whw + satz hw L aliran X tanah z … seperti kondisi statis hL u = w hw w hw + w(L-hL)(z/L) u = = w hw + w(z-iz) = w (hw+z) - wiz Reduksi karena aliran u = w (hw+L-hL) v ' = ' z + wiz Kenaikan karena aliran

60 Tekanan tanah jika ada aliran
Aliran ke atas Di X, aliran v = whw + satz hw L X soil z hL … seperti kondisi statis u = w hw w hw + w(L+hL)(z/L) u = = w hw + w(z+iz) = w (hw+z) + wiz Kenaikan karena aliran u = w (hw+L+hL) v ' = ' z - wiz Reduksi karena aliran

61 Quick Condition pada tanah berbutir
Pada aliran ke atas X: aliran hw L X soil z hL v ' = ' z - wiz Gradien hidrolik kritis (ic) If i > ic, tekanan efektif negatif. Sehingga tidak ada kontak butiran dan terjadi runtuh - Quick condition