ᵧw

Penentuan koefisien permeabilitas di Laboratorium dengan metode pengujian tinggi energi tetap (Constant Head)

Teori :

Permeabilitas adalah kemampuan suatu material untuk dapat mengalirkan atau merembeskan air (bisa jadi jenis fluida lainnya seperti minyak dll.) melalui rongga pori – pori material tersebut. Rongga pori – pori yang kontinu atau saling berhubungan satu dengan sama yang lain akan bersifat permeable sehingga air dapat mengalir dari titik dengan tinggi energi yang tinggi ke titik dengan tinggi energi yang lebih rendah.

Menurut persamaan Bernoulli, tinggi energi total pada suatu titik di dalam air yang mengalir dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dari tinggi tekanan, tinggi kecepatan, dan tinggi elevasi, yaitu :

keterangan :h = tinggi energi totalp = tekananv = kecepatang = percepatan gravitasi

= berat volume air

Pada tanah, terjadi permeabilitas / rembesan air karena tanah terdiri dari butir – butir dan diantara butir tersebut terdapat ruang kosong yang dinamakan pori (voids). Tinggi rendahnya permeabilitas ditentukan ukuran pori, yaitu : Pasir bersifat sangat permeable = permeabilitasnya tinggi Lempung bersifat impermeable = permeabilitasnya rendah

= rapat air / kedap air Lanau dan tanah campuran pasir dan lempung = permeabilitasnya diantara pasir

lempung

Mempelajari rembesan suatu tanah sangat penting dalam menyelesaikan masalah – masalah geoteknik seperti menghitung penurunan rata – rata dari lapisan jenuh, menghitung rembesan yang melewati tanggul, menghitung ‘uplift pressure’ akibat rembesan air.

Apabila pada persamaan Bernoulli dipakai untuk air yang mengalir melalui pori - pori tanah, bagian persamaan yang mengandung tinggi kecepatan dapat diabaikan. Hal ini disebabkan karena kecepatan rembesan air di dalam tanah adalah sangat kecil, sehingga tinggi energi total pada suatu titik dapat dinyatakan sbb :

Berikut ini adalah hubungan antara tekanan, elevasi, dan tinggi energi total dari suatu aliran air di dalam tanah.

• Tabung pizometer dipasang pada titik A dan titik B.

• Ketinggian air di dalam tabung pizometer A dan B disebut sebagai muka pizometer (piezometric level) dari titik A dan B.

• Kehilangan energi antara titik A dan B :

Sehingga kehilangan energi Δh tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan tanpa dimensi yaitu :

Keterangan :i = gradien hidrolik ∆h = kehilangan energi / selisih tinggi tekanan L = jarak sampel antara titik A dan B, yaitu panjang lintasan

Rembesan air didalam tanah dapat dikatakan hampir selalu linier. Untuk mengetahui besar rembesan disebut dengan “koefisien permeabilitas”. Koefisien permeabilitas dilambangkan dengan huruf “k”. Nilai k untuk suatu tanah relatif konstan, asalkan temperaturnya konstan pula karena perubahan temperatur akan menyebabkan perubahan kekentalan air sehingga nilai k berubah pula. Nilai k untuk macam – macam tanah yaitu :a. Kerikil > 10 cm/detb. Pasir 10-2 – 10 cm/detc. Lanau 10-5 – 10-2 cm/detd. Lempung < 10-5 cm/det

Menurut Darcy (1956) koefisien permeabilitas tanah dipengaruhi oleh berbagai faktor yaitu :

1. Viskositas cairan, yaitu semakin tinggi viskositasnya, permeabilitas tanahnya akan semakin kecil

2. Distribusi ukuran pori, yaitu semakin merata distribusi ukuran porinya, koefisien permeabilitasnya cenderung semakin kecil

3. Distribusi ukuran butiran, yaitu semakin merata distribusi ukuran butirannya, koefisien permeabilitasnya cenderung semakin kecil

4. Rasio kekosongan (void), yaitu semakin besar rasio kekosongannya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin besar

5. Kekasaran partikel mineral, yaitu semakin kasar partikel mineralnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan semakin tinggi

Hukum Darcy juga menjelaskan cara untuk mencari kecepatan aliran dalam tanah, yaitu:

dimana : v = kecepatan aliran air dalam tanah (cm/det)

k = koefisien permeabilitas (cm/det) atau (mm/detik)i = gradien hidrolik

Selanjutnya, debit aliran dalam tanah (q) dapat ditulis dengan : Dengan, A = luas penampang tanah yang dilalui air (cm2)

q = debit aliran dalam tanah (cm3/det)

Untuk menentukan koefisien permeabilitas digunakan pengujian di laboratorium maupun di lapangan.

Terdapat empat macam cara pengujian untuk menentukan koefisien permeabilitas di laboratorium, yaitu :

a) Pengujian tinggi energi tetap (Constant-head)b) Pengujian tinggi energi turun (falling-head)c) Penentuan secara tidak langsung dari pengujian konsolidasi.d) Penentuan secara tidak langsung dari pengujian kapiler horizontal.

Pengujian tinggi energi tetap (Constant-head)

Pengujian ini digunakan untuk menghitung permeabilitas tanah, yang cocok untuk jenis tanah granuler (berbutir).

Peralatan dan bahan :

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. 6. Kepala tangki konstan : Sebuah reservoir air yang tepat mampu memasok air untuk

permeameter di bawah kepala konstan.7. Gelas ukur untuk menerima debit tersebut.8. stopwatch untuk melihat catatan waktu.9. Skala meter untuk mengukur perbedaan kepala dan panjang spesimen. 10. Sampel tanah dan air

Gambar :

Prosedur pengujian :

• tanah benda uji diletakkan di dalam silinder.

• Pemberian air dari pipa masuk dijaga sedemikian rupa sehingga perbedaan tinggi air pada pipa masuk dan pipa keluar (h) selalu konstan selama percobaan.

• Pada kedudukan ini tinggi energi hilang adalah h.

• Setelah kecepatan aliran air yang melalui contoh tanah menjadi konstan, banyaknya air yang keluar ditampung dalam gelas ukur (Q) dan waktu pengumpulan air dicatat (t).

• Volume air yang terkumpul adalah :

Dengan A adalah luas penampang benda uji dan L adalah panjangnya serta i = h / L, maka :

Q = k . (h/L) . i . A . t Sehingga,

k = Q . Lh . A . t

Prosedur

1. Place the soil sample in the oven to dry it

Tempatkan sampel tanah kedalam oven untuk dikeringkan

2. Once dry, retrieve the soil sample from the oven

Setelah kering, keluarkan sampel tanah dari oven

3. Place the dried soil sample in a tray and weight it (along with the tray) to determine

its initial mass

Tempatkan sampel tanah kering kedalam penampan dan ukur beratnya bersama

penampan untuk menetukan awal massa

4. Set aside

Sisihkan / taruh ke tempatnya

5. Assemble the permeameter in place and place a porous stone at its base inside after

assembly

Rakit permeameter ketempatnya dan tempatkan batu poros kedalam bagian dasar

setelah dirakit

6. Pour the soil sample from the tray into the lower chamber of the permeameter. Fill it

to a depth of 6 inches or about 15.2 cm

Tuangkan sampel tanah dari penampan kedalam bagian bawah. isi tanah hingga

kedalaman 6 inchi atau sekitar 15,2 cm

7. A uniform layer should be formed

Lapisan yang seragam harus dibentuk

8. Use a tampering device to compact the soil inside the chamber

Gunakan alat adukan untuk meratakan ruang dalam tanah

9. After placing the soil on the lower chamber of the permeameter, user the upper

chamber to cover it

Setelah ditempatkan tanah pada tempat yang bawah dari permeameter, gunakan

penutup atas untuk menutup itu

10. Open the water tap in order for water to constantly fill the permeameter. Keep the

valves from the top of the permeameter open

Buka keran air terus menerus hingga air keadaan konstan di permeameter. Jaga katup

jangan sampai atas permeater terbuka

11. Keep record on the flow of the water

Tetap rekam diatas aliran air

12. Allow adequate time for the flow pattern to stabilize

Memungkinkan waktu yang cukup untuk menstabilkan pola aliran

13. Measure the time it takes to fill a volume of 750 – 1000 mL using the graduated

cylinder

Ukur waktu untuk mengisi dengan volume 750 – 1000 mL menggunakan tabung

lulusan / tabung ukur

14. Measure the temperature of the water

Ukur temperature air

15. Remove the pan from the drying oven and measure the final mass of the pan along

with the dry soil

Lepas penampan dari oven pengering dan ukur massa akhir dari tanah kering degan

penampan