Dokumen tersebut membahas tentang aliran air di dalam tanah, termasuk pengertian dasar, hukum Darcy, dan penentuan koefisien rembesan melalui uji di laboratorium. Dibahas pula konsep gradien hidrolik, jaringan aliran, dan tekanan ke atas pada dasar bangunan air."

1. Aliran Air dalam Tanah
Permeabilitas dan Rembesan

2. Pengertian Dasar
Tanah adalah merupakan susunan butiran padat dan
pori-pori yang saling berhubungan satu sama lain
sehingga air dapat mengalir dari satu titik yang
mempunyai energi lebih tinggi ke titik yang mempunyai
energi lebih rendah. Studi mengenai aliran air melalui
pori-pori tanah diperlikan dalam mekanika tanah
karena hal ini sangat berguna dalam :
– memperkirakan jumlah rembesan air dalam tanah
– menyelidiki masalah-masalah yang menyangkut
pemompaan air untuk konstruksi di bawah tanah
– menganalisis kestabilan suatu bendungan tanah dan
konstruksi dinding penahan tanah yang terkena gaya
rembesan.

3. Gradien Hidrolik
Menurut persamaan Bernoulli :
dimana :
h = tinggi energi total
p = tekanan
v = kecepatan
g = percepatan disebabkan oleh gravitasi
γw = berat volume air
Karena kecepatan rembesan air di dalam tanah adalah
sangat kecil, maka bagian dari persamaan yang mengandung
tinggi kecepatan dapat diabaikan.
Z
g
v
w
p
h
2
2
Z
w
p
h

4. Gambar 1. Tekanan, elevasi, dan tinnggi enegi total energy
untuk aliran di dalam tanah
Kehilangan energi antara dua titik A dan B: Gradien Hidrolik :
B
B
A
Z
w
p
Z
w
pA
hBhAh
L
h
i

5. Aliran air melalui ruang pori dapat dianggap sebagai aliran laminar
sehingga :
v ≈ i
Gambar 2. Variasi kecepatan aliran v dengan gradien hidrolik i

6. 3. HUKUM DARCY
Pada tahun 1856, Darcy memperkenalkan
suatu persamaan sederhana yang digunakan
untuk menghitung kecepatan aliran air yang
mengalir dalam tanah jenuh, dinyatakan
sbagai berikut :
dimana :
v = kecepatan aliran,
k = koefisien rembesan
kiv

10. 4. KOEFISIEN REMBESAN
Koefisien rembesan (coefficient of permeability) tergantung pada
beberapa factor , yaitu:
- kekentalan cairan,
- distribusi ukuran butir pori,
- distribusi ukuran butir,
- angka pori,
- kekasaran permukaan butiran tanah,
- dan derajat kejenuhan tanah.
Pada tanah berlempung struktur tanah memegang peranan penting
dalam dalam menentukan koefisien rembesan. Faktor-faktor lain
yang mempengaruhi sifat rembesan tanah lempung adalah
konsentrsi ion dan ketebalan lapisan air yang menempel pada
butiran lempung.

11. Tabel 1 harga-harga koefisien rembesan pada
umumnya.

15. Penentuan Koefisisen Rembesan di
Laboratorium
Ada 2 metode, yaitu :
– Uji tinggi konstan
– Uji tinggi jatuh

16. Uji Rembesan dengan Tinggi Konstan
Dimana
• Q = Volume Air Yang
Dikumpulkan
• A = Luas Penampang Melintang
Tanah
• t = waktu yang digunakan untuk
mengumpulkan air

17. CONTOH HASIL PENGUJIAN
• Dari hasil suatu uji tinggi konstan di lab untuk
tanah pasir halus dengan diameter 150 mm
dan Panjang 300 mm adalah :
– Perbedaan tinggi konstan = 500 mm
– Waktu untuk mengumpulkan air = 5 menit
– Volume air yang dikumpulkan = 350 cc
– Temperatur air = 24 oC
Tentukan koefisien rembesan pada 20 oC

18. PENYELESAIAN
• Untuk uji rembesan konstan
Diket Q=350 cc (350 x 103 mm3), L=300 mm, A
=phi .75.75 =17671,46 mm2, h = 500 mm t = 5
x 60 = 300 dt
Maka k = (350 x 103 ) x 300
17671,46 x 500 x 300
= 3,96 x 10-2mm/dt
Ƞ24 /ƞ2o = 0,910 Jadi k20 = (3,96 x 10-2)x0,910
=3,604 x 10-2 mm/dt

19. Tingggi Jatuh
• q = jumlah air yang mengalir melalui
tanah persatuan waktu
• a = luas penampang pipa inlet
• A = luas peanampang contoh tanah

22. Contoh
• Suatu sumur uji dalam lapisan tembus air yang
didasari lapisan kedap dalam keadaan steady
di dapatkan hasil-hasil sebagai berikut q =
13,37 ft3/mnt; h1 = 20 ft, h2 = 15 ft; r1 = 150
ft, r2 = 50 ft:

23. Penyelesaian
.k = 2,303 x 13,37 log10 (150/50)
π(202 – 152)
= 0,0267 ft/menit
= 0,027 ft/ menit

25. Penyelesaian
.i = _____4m_______= 0,0972
(50 m/ cos 8o)
.q = kiA =(0,08 cm/detik) x (0,0972)(3 cos 8o x 1)
102
= 0,188 x 10-3 m3/dt/m lebar

26. Rembesan Ekivalen pada tanah berlapis
Aliran Horisontal

27. Rembesan Ekivalen pada tanah berlapis
• Aliran Vertikal

28. Rembesan dan Jaringan Aliran
PENGERTIAN DASAR
Konsep dari tinggi energi dan kehilangan energi ketika air
mengalir melalui tanah telah disebutkan dalam modul
sebelumnya. Ketika air mengalir melalui medium berpori
seperti tanah akan terjadi kehilangan energi yang terserap
oleh tanah. Seperti pada gambar di bawah di mana air
mengalir melalui bawah bendung atau di bawah sheet pile
cofferdam (gb..1)

30. ALIRAN DUA DIMENSI DI BAWAH
BENDUNG

31. JARINGAN ALIRAN
Garis aliran adalah suatu garis sepanjang mana butir-butir akan
bergerak dari bagian hulu ke bagian hilir sungai melalui media tanah
yang tembus air (permeable). Garis ekipotensial adalah suatu garis
sepanjang mana tinggi potensial di semua titik pada garis tersebut
adalah sama. Jadi apabila alat-alat piezometer diletakkan di
beberapa titik yang berbeda-beda di sepanjang suatu garis
ekipotensial, air di dalam piezometer tersebut akan naik pada
ketinggian yang sama. Gambar 3 a menunjukkan definisi garis aliran
dan garis ekipotensial untuk aliran di dalam lapisan tanah yang
tembus air (permeable layer) di sekeliling jajaran turap yang
ditunjukkan pada gambar tersebut (untuk kx = kz = k) Kombinasi
dari beberapa garis aliran dan garis ekipotensial dinamakan jaringan
aliran (flow net). Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa
jaringan aliran dibuat untuk menghitung aliran air tanah.

34. Dalam pembuatan jaringan aliran, garis-garis aliran dan ekipotensial
digambar sedemikian rupa sehingga :
– Garis ekipotensial memotong tegak lurus aliran
– Elemen-elemen aliran dibuat kira-kira mendekati bentuk bujur
sangkar.
keadaan batas yang dipakai adalah :
• Permukaan lapisan tembus air pada bagian hulu dan hilir dari sungai
(garis ab dan de) adalah garis-garis ekipotensial.
• Karena garis ab dan de adalah garis-garis ekipotensial, semua garis-
garis alirannya memotomh tegak lurus.
• Batas lapisan kedap air, yaitu garis fg, adalah garis aliran ; begitu
juga permukaan turap kedap air, yaitu garis acd.
• 4. Garis-garis ekipotensial memotong acd dan fg tegak lurus.

38. i available = 0.2
i critic = 0.5
SF = 2.5

39. Tahap 4a3a: Perhitungan tegangan tanah initial
dan tekanan air pori initial
Tegangan tanah initial

40. Tahap 4b: Perhitungan tegangan tanah initial dan
tekanan air pori initial
Tekanan air pori initial

41. Tahap 4d: Perhitungan konstruksi bertahap
(steady state seepage)
Rembesan di bawah bendung

42. Tahap 4d: Perhitungan konstruksi bertahap
(steady state seepage)
Equipotential line

43. Tahap 4d: Perhitungan konstruksi bertahap
(steady state seepage)
Tekanan air akibat rembesan

44. Hasil Analisis
Equipotential line

45. Hasil Analisis
Equipotential line

46. Hukum Laplace

50. Perhitungan Jumlah Rembesan dengan Flow Net
• Sekumpulan flow lines & equipotential
line, menurut Darcy:
• dimana:
Nd = equipotential drops
• Total flow-nya menjadi:
• atau:
• untuk a =b persamaan menjadi:
H = h1 – h2 = head loss from upstream to
downstream
H
N
N
kq
b
a
H
N
N
kq
N
hh
b
a
kNqq
N
H
N
hh
h
b
h
k1aAkiAvq
d
f
d
f
d
21
f
dd
21

51. TEKANAN KE ATAS (UPLIFT PRESSURE) PADA DASAR BANGUNAN AIR.
Jaringan aliran dapat dipakai untuk
menghitung besarnya tekanan ke atas yang
bekerja pada dasar sautu bangunan air .
Cara perhitungannya dapat ditunjukkan
denga suatu contoh yang sederhana.
Gambar .6 menunjukkan sebuah bendungan
dimana dasarnya terletak pada kedalaman 6
ft di bawah muka tanah. Jaringan aliran yang
diperlukan sudah digambar (dianggap kx =
ky = k). Gambar distribusi tegangan yang
bekerja pada dasar bendungandapat
ditentukan dengan cara mengamati garis-
garis ekipotensial yang telah digambar.

52. Ada tujuh buah penurunan energi potensial (Nd) dalam
jaringan aliran tersebut, dan perbedaan muka air pada
bagian huku dan hilir sungai adalah H = 21 ft. Jadi
kehilangan tinggi energi untuk tiap-tiap penurunan energi
potensial adalah H/ 7 = 21/7 = 3. Tekanan ke atas (uplift
pressure) pada titik-titik berikut adalah :
Titik a (ujung kiri dasar bendungan) = (tinggi tekanan pada
titik a ) x (γw)
= ((21 +6)-3) γw = 24 γw
Dengan cara yang sama, pada b = (27-(2)(3) γw = 21γw
Dan pada f = (27 – (6)(3) γw = 9 γw

53. 24 ft